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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題15 描繪小燈泡的伏安特性曲線問題知識點 主標(biāo)題：描繪小燈泡的伏安特性曲線 副標(biāo)題：剖析考點規(guī)律，明確高考考查重點，為學(xué)生備考提供簡潔有效的備考策略。 關(guān)鍵詞：伏安特性曲線 難度：3 重要程度：5 內(nèi)容： 考點剖析： “描繪小燈泡的伏安特性曲線”是高考考試大綱規(guī)定的實驗考查內(nèi)容，近幾年高考電學(xué)實驗多次考查了不同電子元件的“伏安特性曲線”。分析這些高考實驗試題，我們大體上可以概括出試題的特點為： 1.考查電路的設(shè)計和電路的連接； 2.曲線圖像的分析。 分析曲線的變化規(guī)律是高考考查的熱點和重點，這不僅要求考生掌握圖像斜率的物理意義這一知識點，還要知道圖像斜率變化的規(guī)律，即電阻隨電壓的變化關(guān)系。因此，物理高考復(fù)習(xí)時，必須依據(jù)高考大綱，通過系統(tǒng)的實驗復(fù)習(xí)和實驗操作（包括特性曲線的描繪）以及結(jié)合具體實例對特性曲線的分析研究。只有這樣，扎實復(fù)習(xí)，才能應(yīng)對高考。 典型例題 例1．（15廣東卷）某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表（內(nèi)阻約為3 kΩ），電流表（內(nèi)阻約為1 Ω），定值電阻等。 （a） (b) (c) ①使用多用電表粗測元件X的電阻。選擇“1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖（a）所示，讀數(shù)為 Ω。據(jù)此應(yīng)該選擇圖中的 （填“(b)”或“(c)”）的電路進行實驗。 ②連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，電流表的示數(shù)逐漸 ( 填“增大”或“減小”）；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成Y，重復(fù)實驗。 （d） (e) ③如圖（d）是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U–I圖線，由圖可判斷元件 （填“X”或“Y”）是非線性元件。 ④該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R=21 Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路如圖（e）所示。閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V。利用圖（d）可算得E= V，r = Ω（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表） 【解析】① 10 b ②增大 ③Y ④3.2 0.50 ①由題圖讀得：101 Ω=10 Ω，為小電阻，為了減小誤差應(yīng)采用電流表外接法，即圖 (b)接法；②閉合S，滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，使測量電路電壓增大，由歐姆定律得電流增大；③根據(jù)線性元件的U–I圖線為直線，非線性元件的U–I圖線為曲線可得：Y是非線性元件；④由圖 (d)可得線性元件X的阻值為10 Ω，根據(jù)閉合電路歐姆定律及題意有：E=3.00+r和E=1.00+ (21+r)，解得E=3.15 V≈3.2 V，r=0.50 Ω。 例2．(xx浙江卷)小明對2 B鉛筆芯的導(dǎo)電性能感興趣，于是用伏安法測量其電阻值。 (1)圖1是部分連接好的實物電路圖，請用電流表外接法完成接線并在圖1中畫出。 圖1 圖2 (2)小明用電流表內(nèi)接法和外接法分別測量了一段2 B鉛筆芯的伏安特性，并將得到的電流、電壓數(shù)據(jù)描到U－I圖上，如圖2所示。在圖中，由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點是用________(選填“○”或“”)表示的。 (3)請你選擇一組數(shù)據(jù)點，在圖2上用作圖法作圖，并求出這段鉛筆芯的電阻為________Ω。 【解析】 (1)如圖1所示(2)“”(3)作圖見圖2用“”連線R＝(1.1～1.3) Ω；用“○”連線R＝(1.5～1.7) Ω 圖1 圖2 (1)由圖2中的電壓、電流數(shù)據(jù)從零開始可知滑動變阻器采用分壓式，電壓表選擇量程3 V，電流表采用外接法。 (2)外接法由于電壓表分流，測得的電阻比內(nèi)接法測得的要小，故電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點是用“”表示的。 (3)用“”數(shù)據(jù)點連直線，斜率為鉛筆芯的電阻，考慮誤差因素，R＝(1.1～1.3)Ω，用“○”數(shù)據(jù)點連直線，同理得R＝(1.5～1.7)Ω。 例3． (xx新課標(biāo)Ⅱ卷) I.在伏安法測電阻的實驗中，待測電阻Rx的阻值約為200 Ω，電壓表V的內(nèi)阻約為2 kΩ，電流表A的內(nèi)阻約為10 Ω，測量電路中電流表的連接方式如圖(a)或圖(b)所示，結(jié)果由公式Rx＝計算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。若將圖(a)和圖(b)中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則______(選填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實值，且測量值Rx1________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值，測量值Rx2______(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值。 圖（a） 圖(b) 【解析】 Rx1　大于　小于 ＝＝10，＝＝20，故<＝10，應(yīng)該采用電流表內(nèi)接法，即圖(a)接法。由“大內(nèi)偏大，小外偏小”的結(jié)論可知電流表內(nèi)接時測量值Rx1大于真實值，外接時，測量值Rx2小于真實值。 Ⅱ.如圖為“測繪小燈伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。 （1）完成下列實驗步驟： ①閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，　　　　　　 ②閉合開關(guān)后，逐漸移動變阻器的滑片，　　　　　??； ③斷開開關(guān)，…。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。 （2）在虛線框中畫出與實物電路相應(yīng)的電路圖。 【解析】（1）①置于最左端。②燈泡的電壓不能超過額定電壓2.5 V。（2）電路圖如圖所示。 （1）①題中，滑動變阻器采用的是分壓式接法，閉合電鍵前，必須使得測量電路部分處于短路狀態(tài)，保護測量電路部分，因為與測量電路并聯(lián)部分為滑動變阻器的左側(cè)部分，所以閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片置于最左端。 ②閉合開關(guān)后，為了增大電壓應(yīng)將滑片向右逐漸移動，但燈泡的電壓不能超過額定電壓2.5 V。 （2）由圖看出，電流表采取外接法，滑動變阻器采用的是分壓式接法，畫出電路圖如圖所示。 例4．（xx?天津）要測繪一個標(biāo)有“3 V，0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作。已選用的器材有： 電池組（電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω）： 電流表（量程為0～250 mA。內(nèi)阻約5 Ω）； 電壓表（量程為0～3 V。內(nèi)限約3 kΩ）： 電鍵一個、導(dǎo)線若干。 ①實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的　　　　　　（填字母代號）。 A．滑動變阻器（最大阻值20 Ω，額定電流1 A） B．滑動變阻器（最大阻值1750 Ω，額定電流0.3 A） ②實驗的電路圖應(yīng)選用圖1中　　　　　　（填字母代號）。 ③實臉得到小燈泡的伏安特性曲線如圖2所示。如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為5.0 Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是　　　　　　W。 【解析】①A；②B；③0.1。 ①因?qū)嶒炓箅娏鲝牧阏{(diào)，所以滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法，應(yīng)選全電阻最小的變阻器A。 ②因小燈泡電阻為R===15 Ω，＞，故電流表應(yīng)用外接法，又變阻器用分壓式，故電路圖應(yīng)選B。 ③電源與小燈泡直接串聯(lián)，那么路端電壓等于小燈泡兩端的電壓，畫出內(nèi)阻為5 Ω，電動勢為1.5 V的電源的路端電壓與干路電流的關(guān)系圖線和小燈泡的伏安特性曲線的交點即表示小燈泡與該電源直接串聯(lián)； 根據(jù)交點坐標(biāo)（1.0 V，0.1 A）可以計算出小燈泡消耗的功率為：P=UI=10.1=0.1 W。 例5．（xx?上海）為確定某電子元件的電氣特性，做如下測量。 （1）用多用表測量該元件的電阻，選用“100”倍率的電阻檔測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，因此需選擇　　　　　　倍率的電阻檔（填：“10”或“1 k”），并　　　　　　，再進行測量，多用表的示數(shù)如圖（a）所示，測量結(jié)果為　　　　　　Ω。 （2）將待測元件（額定電壓9 V）、蓄電池、滑動變阻器、電流表、多用表、電鍵及若干導(dǎo)線連接成電路如圖（b）所示。添加連線，使電路能測量該元件完整的伏安特性。 本實驗中使用多用表測電壓，多用表的選擇開關(guān)應(yīng)調(diào)到　　　　　　檔（填：“直流電壓10 V”或“直流電壓50 V”）。 【解析】（1）10，歐姆調(diào)零，70；（2）如圖，直流電壓10 V。 （1）選用“100”倍率的電阻檔測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)選取10倍率的電阻檔，并需要重新歐姆調(diào)零后再測量，測量結(jié)果為R=710 Ω=70 Ω； （2）因測量元件的伏安特性曲線，所以電流應(yīng)從零調(diào)，故滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法，電路如圖；因電源電動勢為9 V，所以電壓表應(yīng)調(diào)到直流電壓10 V檔。 例6．（xx?江蘇）為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小明測量小燈泡的電壓U和電流I，利用P=UI得到電功率。 實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V，1.8 W”，電源為12 V的電池，滑動變阻器的最大阻值為10 Ω。 （1）準(zhǔn)備使用的實物電路如圖1所示。 請將滑動變阻器接入電路的正確位置。（用筆畫線代替導(dǎo)線） （2）現(xiàn)有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值電阻，電路中的電阻R1 應(yīng)選　　　　　　Ω的定值電阻。 （3）測量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除　　　　　　兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材。 （4）小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線，如圖2所示。 請指出圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤健? 【解析】故答案為（1）如圖（2）10（3）電池 （4）圖線不應(yīng)畫直線，應(yīng)用平滑的曲線連接；橫坐標(biāo)標(biāo)度太大。 （1）從P﹣U2圖像可知電壓從零調(diào)，所以滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法，變阻器連接如圖所示 （2）當(dāng)變阻器的輸出電壓最大時，通過小燈泡的電流為額定電流I==A=0.6 A，根據(jù)歐姆定律通過變阻器的電流為I變==A=0.3 A，所以通過電源的電流為I=I+I變=0.6+0.3=0.9 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律，應(yīng)有E=U+ I（r+R0），解得R0+r==Ω=10 Ω，所以保護電阻應(yīng)選10 Ω的定值電阻； （3）根據(jù)安全性原則，測量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除電池兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材。 （4）圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤接孝賵D線不應(yīng)畫直線，應(yīng)用平滑的曲線連接；②橫坐標(biāo)標(biāo)度太大。