電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖象問題---高考物理實(shí)驗(yàn)題技法方法11(解析版)

1、第1頁電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖象問題歸納解析物理圖象是物理知識重要的組成部分，是高考必考知識點(diǎn)之一。利用圖象提取物理信息解決物理問題是近幾年高高考考查的熱點(diǎn)問題。對于圖象獲取信息主要有這樣兩個方面：做到六看：一看軸、二看線、三看斜率、四看面積、五看截距、六看特殊點(diǎn)。三結(jié)合：圖象、解析式、物理情景三結(jié)合。在電學(xué)實(shí)驗(yàn) 中對圖象的考查尤為突出。電學(xué)實(shí)驗(yàn)中圖象問題可歸納為描點(diǎn)作圖、禾U用圖象交點(diǎn)、知道圖象斜率截距或面積意義。一、描點(diǎn)作圖要點(diǎn)：單位長度恰當(dāng)、數(shù)據(jù)分散、起點(diǎn)不一定為0、大多數(shù)點(diǎn)落在線上、曲線要平滑。例1: （2018全國卷I 23）某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖 1所示的電路探究在 25 C80 C范圍內(nèi)某熱敏電阻

2、的溫 度特性所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT ,其標(biāo)稱值（25 C時的阻值）為900.0 電源E（6 V,內(nèi)阻可忽略）；電壓表（量程150 mV）;定值電阻R（阻值20.0 ）滑動變阻器 R1（最大阻值為1 000 ）電阻箱R2（阻值范圍0999.9 ）單刀開關(guān)Sl, 單刀雙擲開關(guān)S2.實(shí)驗(yàn)時，先按圖連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0 C .將S2與1端接通，閉合S,調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將 R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2,使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1,記下此時R2的讀數(shù)逐步降低溫控室的溫度 t,得到相

3、應(yīng)溫度下R2的阻值， 直至溫度降到25.0 C .實(shí)驗(yàn)得到的R2-1數(shù)據(jù)見下表.25.30.40.50.60.70.80.t/C0000000900680500390320270240R2/ .0.0.0.0.0.0.0第 頁圖1圖2回答下列問題：在閉合Si前，圖中Ri的滑片應(yīng)移動到 (填a”或b”端.在圖2甲的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2 t曲線.由圖甲可得到 RT在25 C80 C范圍內(nèi)的溫度特性.當(dāng)t= 44.0 C時，可得 RT= .將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為 則手心溫度為 C .答案 (i)b(2)如圖所示450 (4)620.0 33

4、.0解析(1)閉合開關(guān)Si前，應(yīng)讓滑片移動到b端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大.由圖象可知t = 44.0 C時，電阻的阻值為 450 .由題圖乙可得電阻箱阻值為620.0 由圖象可得溫度約為 33.0 C .練習(xí) .要描繪一只標(biāo)有 “2.0V 1.0W ”字樣小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：A 電源E :電動勢為3.0V ,內(nèi)阻不計；B 電壓表V :量程為03V ,內(nèi)阻約為1k ;C電流表Ai :量程為03A ,內(nèi)阻約為0.1；D .電流表A2:量程為00.6A ,內(nèi)阻約為0.6；滑動變阻器 R ：最大阻值為10 ,額定電流為0.6A ;開關(guān)S ,導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選 (

5、填“A”或(A2”)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計的電路如圖甲所示，請根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物圖乙連接完整連接好電路后，在閉合開關(guān)前，應(yīng)將實(shí)物圖中滑動變阻器的滑片移到 (填(A”或B ”)端。第 頁I U坐標(biāo)系中描點(diǎn)如圖丙所示，請根據(jù)所描的點(diǎn)在圖丙的坐標(biāo)系中作出小燈泡的I U圖像,由此判斷：小燈泡的電阻隨溫度升高而 （填 增大”或 減小”）?！敬鸢浮緼 2見解析 A 見解析 增大【解析】（1）1由題可知，燈泡額定電流為0.5A ,則電流表選A 2。（2）2對照電路圖，實(shí)物連接如圖所示,3閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移到最左（ A）端，使輸出電壓為零，保護(hù)電路元件。（3）4將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接，作出的 I

6、 U圖像如圖所示，* OooO5圖像過坐標(biāo)原點(diǎn)的割線斜率是電阻的倒數(shù)，由此可知，小燈光的電阻隨溫度升高而增大。、利用圖象交點(diǎn)解題例2: （2017全國卷I 23）某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8 V ,額定電流0.32 A）;電壓表（量程3 V ,內(nèi)阻3 k）;電流表（量程 0.5 A ,內(nèi)阻 0.5）固定電阻 R0（阻值1 000）滑動變阻器R（阻值09.0 ）電源E（電動勢5 V ,內(nèi)阻不計）；開關(guān)S;導(dǎo)線若干.在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖.（1）實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量,實(shí)驗(yàn)測得該小燈泡伏安特性曲線如：4（a）所示

7、.由實(shí)驗(yàn)曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻（填 增大”不變”或 減小”）燈絲的電阻率（填增大”不變”或減小” ）（3）用另一電源Eo（電動勢4 V ,內(nèi)阻1.00 和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器 R的 阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率閉合開關(guān)S,在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為 W,最大功率為 W （結(jié)果均保留兩位小數(shù)）答案見解析圖 （2）增大 增大 （3）0.39 1.17解析（1）電壓表量程為3 V ,要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴(kuò)大量程，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開始，故滑動變阻器采用分壓式接法， 小燈

8、泡的電阻RL=學(xué)=032 = 11.875 ，因RLVRV,故電流表用外接法，實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示（2）由IU圖象知，圖象中的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻隨電流的增大而增大，根 據(jù)電阻定律R= PS知，燈絲的電阻率增大.第7 頁當(dāng)滑動變阻器的阻值最大為9.0 時，電路中的電流最小，燈泡實(shí)際功率最小，由Eo= U + l(R+ r)得U = 10I + 4,作出圖線如圖所示.由交點(diǎn)坐標(biāo)可得 Ui= 1.78 V, Ii = 221 mA , Pi= U11 0.39 W當(dāng)滑動變阻器電阻值 R= 0時，燈泡消耗 的功率最大，由 Eo= U + I(R+ r)得，I = U + 4

9、,作出圖線如圖所示.由交點(diǎn)坐標(biāo)可得，U2= 3.70 V , 2=315 mA ,最大的功率為 P2= U2I21.17 W.練習(xí) 1：某實(shí)驗(yàn)小組要探究一小燈泡的伏安特性曲線, 并研究小燈泡在不同電壓下的實(shí)際功率, 實(shí)驗(yàn)電 路如圖 5 甲所示：圖5閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)在端.(填a”或b”)閉合開關(guān)，把滑片 P 向另一端移動過程中，發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，則電路中出現(xiàn)故障的元件可能是 (填“A或“B”)A .小燈泡B .滑動變阻器該小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖丙所示，可判定在圖乙中小燈泡的功率P 與加在其兩端電壓的平方 U2的圖象正確的是 .(

10、選填“1” “2或“3”)某同學(xué)將兩個完全相同的這種小燈泡并聯(lián)接在電源兩端，已知電源的電動勢E= 3 V、內(nèi)阻r = 2 則此時每個小燈泡的實(shí)際功率為 . (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 )答案 a (2)B(3)3(4)0.44(0.42 0.46)解析 此電路是分壓電路，滑動變阻器的aP部分與小燈泡并聯(lián)，開始時應(yīng)使小燈泡兩端電壓最小，故滑片應(yīng)置于 a 端；(2) 電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)，說明燈泡所在電路正常，電壓表與電流表讀數(shù)幾乎不變，說明滑動 變阻器沒有起到應(yīng)有的作用，故可能存在故障的是滑動變阻器，故選B；第8 頁第 頁P(yáng)隨U2的變化變緩，即圖U2（3）由P = D ,隨著小燈泡兩端電壓的增

11、大，燈絲溫度升高，燈絲電阻增大,R線為3;（4）燈泡兩端的電壓為U ,流過每個燈泡的電流為I,則E= U + 2Ir,得U = 3-41 ,在題圖丙中畫出電源的UI圖線如圖所示交點(diǎn)坐標(biāo) U = 2.20 V , I = 0.20 A ,所以每個小燈泡的實(shí)際功率為：P = UI = 0.44 W.標(biāo)系中，通過描點(diǎn)連線得到了小燈泡的伏安特性曲線。根據(jù)圖線的坐標(biāo)數(shù)值，請在圖 2中選出該實(shí)驗(yàn)正確的實(shí)驗(yàn)電路圖練習(xí)2：在 描繪小燈泡的伏安特性曲線 ”的實(shí)驗(yàn)中，利用實(shí)驗(yàn)得到了 8組數(shù)據(jù)，在圖1所示的I U坐（選填甲”或乙”）。根據(jù)所選電路圖，請在圖 3中用筆畫線代替導(dǎo)線，把實(shí)驗(yàn)儀器連接成完整的實(shí)驗(yàn)電路 由圖

12、1可知，該小燈泡的電阻隨電壓的升高而 。（選填 增大” 減小”或 不變”根據(jù)圖1可判斷出圖4中正確的關(guān)系圖象是 （圖中P為小燈泡功率，I為通過小燈泡的電流）。fixD將同種規(guī)格的兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與R 10的定值電阻串聯(lián)，接在電動勢為8V、內(nèi)阻不計的電源上，如圖5所示。閉合開關(guān) S后，則電流表的示數(shù)為 A ,兩個小燈泡的總功率為 W。【答案】甲增大D 0.61.2【解析】(1)1描繪燈泡伏安特性曲線，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，所以正 確的實(shí)驗(yàn)電路圖是甲;2根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖所示:3根據(jù)圖象結(jié)合歐姆定律可以看出小燈泡燈絲的電阻隨電壓電流的

13、增大逐漸增大；4由于燈泡電阻隨電流增大電阻R增大，由P I 2R可知，P 12圖象斜率增大，故 ABC錯誤，D正確。故選D。5由圖5所示電路圖可知，兩燈泡并聯(lián)，可以把電源與定值電阻等效為電源，設(shè)每只電燈加上的實(shí)際電壓和實(shí)際電流分別為 U和I ,在這個閉合電路中，E U 2IR代入數(shù)據(jù)并整理得U 8 20I在圖a所示坐標(biāo)系中作出 U 820I的圖象如圖所示：700.4*r .丿0LI11 TO21S由圖象可知，兩圖象交點(diǎn)坐標(biāo)值為：U 2V、I 0.3A此時通過電流表的電流值IA 2I 0.6A每只燈泡的實(shí)際功率 P UI 2 0.30.6W兩個小燈泡的總功率為 1.2Wl三曲線圖象轉(zhuǎn)換成直線圖象

14、解題步驟：1、寫原理：利用歐姆定律或串并聯(lián)電路的規(guī)律寫出表達(dá)式。2、變形：把變量之間的關(guān)系變換成線性表達(dá)式。3、對應(yīng)：表達(dá)式中需認(rèn)清斜率和截距的含義，把斜率截距與圖象對應(yīng)。例2.小剛、小聰和小明所在的小組收集了手機(jī)的電池以及從廢舊收音機(jī)上拆下的電阻、電容、電感線圈等電子器件.現(xiàn)從這些材料中選取兩個待測元件進(jìn)行研究，一是電阻R（阻值約2 k ,）二是手機(jī)中常用的鋰電池（電動勢E的標(biāo)稱值為3.4 V），在操作臺上還準(zhǔn)備了如下實(shí)驗(yàn)器材：A .電壓表V （量程4 V，內(nèi)阻RV約10 k ）B .電流表 A（量程100 mA，內(nèi)阻 RAi約20 ）C.電流表A2（量程2 mA，內(nèi)阻RA2約20 ）D .

15、滑動變阻器（010 額定電流1 A）電阻箱 R0（0999.9 ）開關(guān)S 只、導(dǎo)線若干圖7（1）小剛采用伏安法測定 RX的阻值，他使用的電池是待測的鋰電池電流表應(yīng)選擇 ,圖7甲是他連接的部分實(shí)驗(yàn)器材，請你用筆畫線完成實(shí)物連接；他用電壓表的讀數(shù)除以電流表的讀數(shù)作為RK的測量值，則測量值 真實(shí)值（填大于”“于”或等于”；（2）小聰和小明設(shè)計了如圖乙所示的電路圖測量鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r.小聰?shù)膶?shí)驗(yàn)操作是：閉合開關(guān)S.調(diào)整電阻箱的阻值為 Ri時，讀出電壓表的示數(shù)為 Ui;調(diào)整電阻箱的阻值為 R2時，讀出電壓表的示數(shù)為U2.根據(jù)小聰測出的數(shù)據(jù)可求得該電池的電動勢，其表達(dá)式為E =;小明認(rèn)為用線性圖象

16、處理數(shù)據(jù)更便于分析.他在實(shí)驗(yàn)中多次改變電阻箱阻值，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫1 1出的M 1圖象為一條直線（如圖丙）.由圖丙可知該電池的電動勢E =V、內(nèi)阻r = 結(jié)U R果均保留兩位有效數(shù)字）答案（1）C（或A2）見解析圖大于 3.30.25UlU2Rl R2U2R1 UlR2解析（1）測量RX的阻值時，滑動變阻器采取分壓式接法，由于待測電阻的阻值較大，電流表采取內(nèi)接法，實(shí)物圖連線如圖所示；通過待測電阻的最大電流為Im = 眾0 A = 1.7 mA ,故電流表選取C（或A2）;由于電流表采取內(nèi)接法，用電壓表的讀數(shù)除以電流表的讀數(shù)應(yīng)該為待測電阻與電流表內(nèi)阻的阻值之和，所 以測量值大于真實(shí)值UiU 2

17、UiU 2 Ri R2丄由閉合電路的歐姆定律可知：E= Ui + R；r, E = U2+ R：；r,聯(lián)立解得：E = U2RI UIR2 ；由0.6 0.3 =4.0=40,解得r=0.25 閉合電路的歐姆定律可知：E = U + Rr）整理得U- = ER+ E，故縱截距E = 0.3,解得E=乎V 3.3 V,斜率練習(xí)1 :實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備了下列器材:待測干電池（電動勢約1.5 V ,內(nèi)阻約1.0 ,） 電流表G（滿偏電流1.5 mA，內(nèi)阻10 ） 電流表 A（量程00.60 A，內(nèi)阻約 0.10 ,） 滑動變阻器R1（020 2 A）滑動變阻器R2（0100 1 A）,定值電阻R3= 99

18、0 開關(guān)S和導(dǎo)線若干圖9某同學(xué)選用上述器材(滑動變阻器只選用了一個)測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻.為了能較為準(zhǔn)確地進(jìn)行測量和操作方便，實(shí)驗(yàn)中選用的滑動變阻器，應(yīng)是 (填代號)請在如圖9甲所示虛線框中畫出該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)電路圖.如圖乙為該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的li I2圖線(I為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù)),由該 TOC o 1-5 h z 圖線可得，被測干電池的電動勢E =V,內(nèi)阻r = .答案(I)Ri如圖所示1.460.75Er解析由閉合電路歐姆定律可得：1(R3+ RG)= E I2r,變形得：Ii=I2；由數(shù)學(xué)知識R3 十 RG R3 十 RG可得，-R3+ RG=0.75 03

19、R3+ RG=1.47 O3,解得 E = 1.47 V,r = 0.75.練習(xí)2:某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學(xué)想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)9.999 ，科當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)一只電流電阻r ,但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱(最大阻值為第i 頁表（量程Ir=o.6A,內(nèi)阻rg 0.1）和若干導(dǎo)線。b Jf/Q性IeUt5請根據(jù)測定電動勢 E內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計圖4中器件的連 接方式，畫線把它們連接起來。接通開關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值 R,讀處與R對應(yīng)的電流表的示數(shù)I,并作記錄當(dāng)電阻箱的阻值R 2.6時，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖5所示。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時111首先計算出每個

20、電流值 I的倒數(shù)丄；再制作R-坐標(biāo)圖，如圖6所示，圖中已標(biāo)注出了（R）-）的幾iii個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請你將與圖5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)注在圖6中上。在圖6上把描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)練成圖線。根據(jù)圖6描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢 E=V,內(nèi)電阻r 解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律，測量電源的電動勢和內(nèi)電阻，需要得到電源的路端電壓和通過電源的 電流，在本實(shí)驗(yàn)中沒有電壓表，但是可以用電阻箱和電流表串聯(lián)充當(dāng)電壓表，測量電源的路端電壓，通過 電流表的電流也是通過電源的電流，所以只需要將電流表和電阻箱串聯(lián)接在電源兩端即可。實(shí)物圖的連接 如答圖4所示。由閉合電路歐姆定律有：1E =I（ R+r+rg）,解得：R E （r心），根據(jù)R-1/I圖線可知：電源的電動勢等于圖線的斜率，內(nèi) 阻為縱軸負(fù)方向的截距減去電流表的內(nèi)阻。答案： 見圖答1見圖答2見答圖21.5（ 1.461.54）； 0.3（0.250.35）第5練習(xí)3.某實(shí)驗(yàn)小組為測量某一電源的電動勢和內(nèi)阻，設(shè)計的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，用到的器材有：待測電源E,保護(hù)電阻Ro=1.0 電阻箱