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    人教版高考物理一轮复习专题8恒定电流实验9描绘小灯泡的伏安特性曲线课件

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    这是一份人教版高考物理一轮复习专题8恒定电流实验9描绘小灯泡的伏安特性曲线课件,共30页。
    必 备 知 识·深 悟 固 基
    1.实验原理用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来.
    2.滑动变阻器的限流接法和分压接法
    3.实验器材小灯泡(3.8 V 0.3 A)或(2.5 V 0.6 A)一个、电压表(0~3~15 V)与电流表(0~0.6~3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔.4.实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按原理图连接好实验电路.(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S.
    (3)移动滑动变阻器滑片位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S.(4)拆除电路,整理仪器.5.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(坐标系的纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜).(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.
    6.注意事项(1)电路的连接方式①电流表应采用外接法:因为小灯泡(3.8 V 0.3 A)的电阻很小,与0~0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大.②滑动变阻器应采用分压式连接:目的是使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化.(2)闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端,使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝.
    (3)I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差.(4)当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关.(5)舍去误差较大的点,I-U图线是平滑的直线而非折线.7.误差分析(1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差.(2)电流表、电压表的读数带来误差,要严格按照读数规则读数.
    关 键 能 力·突 破 要 点
    命题一 课标教材原型实验 [基础考查]
    例1 (2020年全国卷Ⅱ)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性.所用器材有:电流表A1(量程200 mA,内阻Rg1=10.0 Ω),电流表A2(量程500 mA,内阻Rg2=1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V,内阻很小)、开关S和若干导线.该同学设计的电路如图甲所示.
    (1)根据图甲,在图乙的实物图中画出连线.
    (2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg1和R0写出:小灯泡两端的电压U=______,流过小灯泡的电流I=______.为保证小灯泡的安全,I1不能超过______mA.(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零.逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2.所得实验数据在下表中给出.
    根据实验数据可算得,当I1=173 mA时,灯丝电阻R=________Ω.(保留1位小数)(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于________Ω(保留1位小数).【答案】(1)如图 (2)I1(Rg1+R0) I2-I1 180 (3)11.6 (4)8.0
    (4)要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6 V,而电流表A1不能超过其量程200 mA,此时结合(1)中式子解得R0=8 Ω,即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于8 Ω.
    变式1 (2020年江苏卷)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像,采用的实验电路图如图甲所示,V为电压表,mA为电流表,E为电源(电动势约6 V),R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω),R0为定值电阻,S为开关.
    (1)请用笔画线代替导线,将图乙中的实物电路连接完整.(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
    请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线.
    (3)根据作出的I-U图线可知,该元件是________(填“线性”或“非线性”)元件.(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是________.A.电压和电流的测量误差增大B.可能因电流过大烧坏待测元件C.滑动变阻器允许的调节范围变小D.待测元件两端电压的可调节范围变小
    【答案】(1)如图甲 (2)如图乙 (3)非线性 (4)BC
    命题二 拓展创新实验 [创新考查]
    描绘小灯泡的伏安特性曲线可以从以下方面进行改进与创新:1.描绘二极管的伏安特性曲线.2.描绘太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线.3.测定小灯泡在不同电压下的电功率,描绘小灯泡电功率P与两端电压的平方U2的曲线.
    例2 硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如图甲电路,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反向伏安特性.图中电压表的V1量程选用3 V,内阻为6.0 kΩ;电压表V2量程选用15 V,内阻约为30 kΩ;R0为保护电阻;直流电源电动势E约为12 V,内阻不计.
    (1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.
    甲       乙         丙
    (2)用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示数U1、U2.①某次测量时,电压表V1示数如图丙所示,则U1=________V,可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA.(结果保留2位小数)②该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U1,U2数据,算出相应的硅光电池两端反向电压Ux 和通过反向电流Ix(表中“-”表示反向),并在坐标纸上建立Ix-Ux坐标系,标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点.请标出余下的4个坐标点,并绘出Ix-Ux图线.
    ③由Ix-Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ix与Ux呈________(填“线性”或“非线性”)关系.
    【答案】(1)如图甲所示
        甲            乙
    (2)①1.40 0.23 ②Ix-Ux图线如图乙所示 ③非线性
    变式2 太阳能是一种清洁、绿色的能源.在我国上海举办的世博会上,大量利用了太阳能电池.太阳能电池在有光照时,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,请将图甲连成一个完整的实验电路图.
    (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I-U图像,由图可知,当电压小于2.00 V时,太阳能电池的电阻____________(填“很大”或“很小”);当电压为2.80 V时,太阳能电池的电阻约为_____Ω.
    甲            乙

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