2019届高三物理一轮复习课件：8-5描绘小电珠的伏安特性曲线

(3)利用作图法，将滑动变阻器等效为电源内阻，作出电源的 I-U 图象，可知滑动变阻器接入电路的阻值为 9 Ω 时，P1＝U1I1＝ 1.77×0.22 W＝0.39 W，滑动变阻器接入电路的阻值为 0 Ω 时，P2 ＝3.67×0.318 W＝1.17 W.
[答案] (1)如图所示
[典例 4] (2018·山西重点中学联考)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 I-U 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．
必考部分
[第八章] 恒定电流
第5讲 描绘小电珠的伏安特性曲线
[实验课]
基础分层导学
[数据处理] 1．在坐标纸上以 U 为横轴，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．
甲 乙
(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的____a____(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 I-U 图象，由图可知，当电压小于 2.00 V 时，太阳能电池板的电阻 ___很__大___(填“很大”或“很小”)；当电压为 2.80 V 时，太阳能电 池板的电阻为__1_0_0_0___ Ω.
[典例 3] (2017·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 (量程 3 V，内阻 3 kΩ)；电流表 (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．
[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． 3．在坐标纸上描点、作图带来误差．
[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：本实验要作出 U-I 图线， 要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分 压式接法． 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．
(4)画 I-U 图象时，要用平滑的曲线连接各点，不要画成折线， 个别偏离较远的点应该舍弃．
题型 2 对数据处理和误差的考查 [典例 2] (2018·浙江宁波高三一模)在“测绘小电珠的伏安特 性曲线”实验中，实验器材如下： 待测小电珠(2.5 V,0.5 A)； 双量程电压表(中间接线柱 3 V、内阻约为 3 kΩ，右边接线柱 15 V、内阻约为 15 kΩ)； 双量程电流表(中间接线柱 0.6 A、内阻约为 0.125 Ω，右边接线 柱 3 A、内阻约为 0.025 Ω)；
(2)因小电珠额定电压为 4 V，则电压表选量程为 0～5 V 的电压 表．小灯泡的额定电流为 I＝UP＝24 A＝0.5 A，则电流表选 D.滑动 变阻器应选最大阻值较小的 E，这样在实验中移动滑片时能使电路 中的电流和电压有明显的变化，从而减小读数误差．
(3)按题图 1 甲连接实物电路，如图所示． [答案] (3)见解析图
丙
[解析] (1)用题图甲中 a 电路可以在太阳能电池板上得到从零
开始的电压，从而得到太阳能电池板的伏安特性曲线，故应选 a.
(2)由题图乙可知，当电压小于 2.00 V 时，通过太阳能电池板的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电流为零，故太阳能电池板的电阻很大；当电压为 2.80 V 时，电流
为
2.80
mA，则可知太阳能电池板的电阻为
[解析] (1)实验要求能够实现在 0～3.8 V 的范围内进行测量， 电压表量程为 3 V，需要改装电压表增大量程，故电压表应串联定 值电阻，滑动变阻器需要连接成分压式电路，由于 Rx< RARV，故 电流表应采用外接法．
(2)伏安特性曲线上某点的斜率表示电阻的倒数，图中的斜率逐 渐减小，则电阻逐渐增大；电流增大时，灯丝的温度升高，金属材 料的电阻率随着温度的升高而增大．
(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． 图(a)
图(b) 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻___增__大___(填 “ 增 大 ”“ 不 变 ” 或 “ 减 小 ”) ， 灯 丝 的 电 阻 率 __增__大____( 填 “ 增 大”“不变”或“减小”)．
图2 (3)根据绘出的小电珠的伏安特性曲线，该小电珠在电压为 1.8
V 时的实际电阻为___1_0_._6_(_1_0_.4_～__1_0_._7_皆__可___) ____Ω.(结果保留三位
有效数字)
(4)关于本实验的系统误差，下列判断正确的是___A_____． A．系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越 大 B．系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越 大 C．系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误 差越大 D．系统误差主要是由电表读数时的估读引起的，电压越大误 差越大
[解析] (1)本实验要求电压和电流从零开始调节，滑动变阻器 应该用分压接法；电源的电动势约为 3 V，电压表应该选择 3 V 的 量程；小电珠的电阻比较小，电流表应该用外接法．
(3)根据所画的 I-U 图象，当小电珠电压为 1.8 V 时，流过小电 珠的电流约为 0.17 A，小电珠的电阻 R＝UI ＝10.6 Ω.
(4)本实验的系统误差主要是由电流表外接，电压表分流造成 的，选项 A 正确．
[答案] (2)如图所示
本实验误差的主要来源 (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 会产生误差． (2)电流表、电压表读数时会产生误差． (3)描点、作图及对图象处理时会产生误差．
题型 3 实验创新与改进 1．描绘其他元件的伏安特性曲线． 2．利用导体的伏安特性曲线和电源的 U-I(或 I-U)图线计算电 功率． 3．以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的 关系．
(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，该太阳能电池板作为电源 时的电动势为__2_._8_0___V；若把它与阻值为 1 kΩ 的电阻连接构成一 个闭合电路，在该光照情况下，该太阳能电池板的效率是 __6_4_._3_(6_4_._1_～__6_4_._5_之__间__均__可__)__%.(结果保留三位有效数字)
完成课时作业(四十)
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滑动变阻器(20 Ω，2 A)； 电源(电动势约为 3 V，内阻未知)； 开关一个，导线若干． (1)甲同学连好的实物图如图 1 所示，乙同学检查时发现了多处 错误，请指出(至少两处)：___①___滑__动__变__阻__器__接__法__错___误__，__应__该__接__ __成__分__压__式__；__②__电__压__表__量__程__错__误__，__应__选___3_V__的__量__程__；__③__电__流__表___位___ __置__接__错__，__应__选__外__接__法____________.
(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 __0_._3_9___ W，最大功率为__1_._1_7___W．(结果均保留 2 位小数)
题型重点研讨
题型 1 对实验原理和器材选择的考查 [典例 1] 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要 用伏安法描绘这个小电珠的 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
本实验的四点注意事项 (1)因被测小电珠的电阻较小，实验电路必须采用电流表外接 法． (2)在实验过程中，由于小电珠两端的电压要从零开始增大，一 直增大到小电珠的额定电压，所以滑动变阻器应采用分压式接法．
(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头应移到一端，开关闭合 后，调节滑动变阻器滑片的位置，使小电珠两端的电压从零开始逐 渐增大．调节滑片时电压表的示数不要超过小电珠的额定电压．
(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：___描__绘__小___电__珠__的__I_-_U__图__线__所__测__数__据__需__从__零__开___始__，_并__要__多__ _取__几__组__数__据______________________________________________.
R′＝UI ＝2.802×.8010V－3
＝ A
1 000 Ω.
(3)U-I 图线纵轴截距表示电源电动势，太阳能电池板作为电源 时的电动势为 2.80 V；若把它与阻值为 1 kΩ 的电阻连接构成一个 闭合电路，则画出此电阻的 U-I 图线与太阳能电池板的 U-I 图线交 于一点，读出 U＝1.80 V，I＝1.80 mA，该太阳能电池板的效率是 η ＝IIUE＝12..8800×100%≈64.3%.
图1
(2)两同学改正错误后，测出如下表所示的 7 组 I、U 数据，请 你在图 2 的坐标纸上建立 I-U 坐标系，标出坐标点，绘出小电珠的 伏安特性曲线.
次数 n 1 2 3 4 5 6 7 电压/V 0 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 电流/A 0 0.08 0.10 0.13 0.16 0.18 0.20
(2)实验中所用电压表应选用__A___，电流表应选用___D___，滑 动变阻器应选用___E___．(用序号字母表示)
(3)把图 2 中所示的实验器材按图 1 用笔画线代替导线连接成实 物电路图．
图2
[解析] (1)由于测量数据要从零开始，故采用题图甲所示的分 压式电路，且能方便地多测几组数据．