专题9.6 描绘小电珠的伏安特性曲线-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案

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专题9.6 描绘小电珠的伏安特性曲线
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc27248" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc27248 1
\l "_Tc4830" 一、基本原理与操作 PAGEREF _Tc4830 1
\l "_Tc2769" 二、数据处理 PAGEREF _Tc2769 1
\l "_Tc3506" 三、注意事项 PAGEREF _Tc3506 2
\l "_Tc18834" 四、误差分析 PAGEREF _Tc18834 2
\l "_Tc31320" 五、实验拓展与创新 PAGEREF _Tc31320 2
\l "_Tc25862" 【典例分析】 PAGEREF _Tc25862 3
\l "_Tc28521" 【专题精练】 PAGEREF _Tc28521 6
【考点扫描】
一、基本原理与操作
二、数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系。
(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点。
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。
三、注意事项
1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。
2．滑动变阻器应采用分压式连接
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
四、误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
2．测量时读数带来误差。
3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
五、实验拓展与创新
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点，常见创新点如下：
【典例分析】
【例1】有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I­U图线。有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～10 V，内阻20 kΩ)
C．电流表(0～0.3 A，内阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(5 Ω，1 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________。(用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________。(用序号字母表示)
(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把下图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
【例2】(2017·高考全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表V(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表A(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．
(3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)
【例3】在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能，在没有光照时，太阳能电池可以视为一个电学器件．某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．
(1)为了达到上述目的，应选用哪个电路图：________(选填“甲”或“乙”)．
(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图丙所示的I－U图象．由图可知，当电压小于2.0 V时，太阳能电池的电阻________(选填“很大”或“很小”)；当电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为________ Ω(保留2位有效数字)．
【专题精练】
1．小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：
(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：
A．滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流3 A)
B．滑动变阻器(阻值范围0～2 000 Ω、额定电流1 A)
实验中选择的滑动变阻器是________。(填写字母序号)
(2)在图甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最________(选填“左”或“右”)端。
(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的U­I图线。
甲 乙
(5)他们在U­I图象上找到小灯泡工作电压为2.0 V时的坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值。你认为________(选填“小华”或“小明”)的方法正确。
2．(2020·赣州一模)有一只小灯泡，其额定电压的标值为2.5 V，额定功率的标值模糊不清。某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率。

甲 乙 丙
(1)已知小灯泡的灯丝电阻约为5 Ω，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路。
(2)开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应置于________(选填“A端”“B端”或“AB正中间”)。
(3)该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W。
3．太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池板在没有光照时(没有储存电能)的I­U特性。所用的器材包括：太阳能电池板，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。

甲 乙 丙
(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的________(选填“a”或“b”)。
(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I­U图象。由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池板的电阻________(选填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池板的电阻为________Ω。
(3)当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为________V。若把它与阻值为1 kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是________%。(结果保留三位有效数字)
4．如图是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
(1)根据图在虚线框内画出实验电路图；
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V。所示读数为：①________、②________、③________、④________。两组数据得到的电阻分别为________和________。
5．(2020·河南郑州一中)为描绘一只标有“2.5 V 0.75 W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了如下实验器材：
电压表V(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)；
电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)；
电流表A2(量程0～3 A，内阻约为10 Ω)；
滑动变阻器R1(阻值0～10 Ω)；
滑动变阻器R2(阻值0～100 Ω)；
干电池两节、开关S及导线若干。
(1)为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表__________，滑动变阻器__________。
(2)在图所示虚线框内画出实验电路图。
(3)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是_____________________________。
(4)排除故障后，正确操作得到多组U、I数据，利用Excel软件描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图所示。设小灯泡正常发光时的电阻为RA，小灯泡两端电压为0.2 V时的电阻为RB，根据图象可以判断出RA__________(填“大于”“等于”或“小于”)RB。
6．某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。
(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图中的 ________[填“(b)”或“(c)”]电路进行实验。
(2)连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。
(3)图(d)是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。
(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(e)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，结合图(d)的数据可算得E＝________V，r＝________Ω(结果均保留2位有效数字，视电压表为理想电压表)。
7.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V，1.5 W”的小灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：
A．直流电源3 V(内阻可不计)
B．直流电流表0～600 mA(内阻约为0.5 Ω)
C．直流电压表0～3 V(内阻约3 kΩ)
D．滑动变阻器(10 Ω，1 A)
E．滑动变阻器(1 kΩ，300 mA)
F．开关、导线若干
(1)本实验中滑动变阻器应选用________(选填“D”或“E”)．
(2)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图甲所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线．

(3)如图乙所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5 Ω 的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4 V的电路中，每个小灯泡的实际功率为________W.
8.有一个小电珠上标有“4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I－U图线，现有下列器材供选用：
A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)
C.电流表(0～3 A，内阻0.4 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻1.0 Ω)
E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)
(3)把图丙中所示的实验器材按图甲用笔画线代替导线连接成实物电路图．
原理电路图
操作要领
(1)连接电路：用导线进行实物连线
(2)测量与记录：移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，填入自己设计的表格中
(3)画图象：画I－U图线
实验原理的创新
1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况。
2.借助伏安特性曲线进行实验数据处理，计算小灯泡的最小功率和最大功率。
实验器材及目的的创新
1.电路中增加R2和S2，作用是实验前使电容器所带的电荷中和。
2.实物连线图随之发生变化。
3.将测小电珠的伏安特性曲线改为测电容器充电时两极间的U­t图线。
实验方案创新
1.由测小灯泡换成分析电源。
2.由伏安法测小灯泡伏安特性曲线，改为利用伏安特性曲线分析。
电压U/V
0.00
0.20
0.40
0.70
1.00
1.30
1.70
2.10
2.50
电流I/A
0.00
0.14
0.24
0.26
0.37
0.40
0.43
0.45
0.46