方法08 非线性元件U--I图像分析（方法总结+练习巩固）--【实验攻略】备战2024年高考物理实验方法大全

方法08 非线性元件U--I图像分析 本将内容的非线性元件主要是指小灯泡，主要考察描绘小灯泡及其他的非线性元件的伏安特性曲线的图像分析，在高考题中，经常利用U—I图像（或I-U图像）求小灯泡的实际功率问题。 问题类型 电路图 图像 电路分析及物理量求解 非线性元件的伏安特性曲线 X为未知元器件 图线上某一点的纵坐标与横坐标的比值表示电流表和未知元器件X的电阻之和，0~0.04A之间图线为直线，该电流区间内X可视为线性元件0.04~0.10A之间图线为曲线，X为非线性R元件，则：(1)X的电阻；(2)X的功率P=(U-IRA)I 电源的伏安特性去向与灯泡的伏安特性曲线的综合分析 小灯泡直接接入电路中 小灯泡的U-I图线与电源的U-I图线的交点(I0，U0)表示小灯泡接入电路的电流和电压，则：（1）小灯泡的电阻 （2） 小灯泡的功率 （3） 电源的效率 小灯泡与定值电阻串联接入电路 将定值电阻和电源等效为电动势为E、内阻为R+r的电源，再进行图像分析及相关物理量求解 小灯泡与定值电阻并联接入电路中 将定值电阻和电源等效为电动势为E、内阻为的电源，再进行图像分析及相关物理量求解 1．（2023·全国·统考高考真题）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为，电流表内阻约为。实验中有图（a）和（b）两个电路图供选择。 （1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图是图 （填“a”或“b”） （2）若选择另一个电路图进行实验，在答题卡所给图上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图 。 2．（2021·全国·高考真题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有： 小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A） 电压表（量程300mV，内阻300） 电流表（量程300mA，内阻0.27） 定值电阻R0 滑动变阻器R1（阻值0-20） 电阻箱R2（最大阻值9999.9） 电源E（电动势6V，内阻不计） 开关S、导线若干。 完成下列填空： （1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为 的定值电阻； （2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的 （填“a”或“b”）端； （3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为 （保留1位有效数字）； （4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为 。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示： U/mV 24.0 46.0 76.0 110.0 128.0 152.0 184.0 216.0 250.0 I/mA 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 （5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻 （填“增大”“减小”或“不变”）； （6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1= W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则= （保留至整数）。 3．（2021·河北·高考真题）某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。 （1）根据图1，完成图2中的实物连线 ； （2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是 （单项选择，填正确答案标号）； A．电流表短路 B．滑动变阻器的滑片接触不良 C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端 （3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为 （保留三位有效数字）。 4．（2024·福建漳州·统考二模）为测定一硅光电池的电动势和内电阻，某兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，图中R为滑动变阻器，电压表的量程为0~3V，内阻约为，电流表的量程为0~300mA，内阻为。在光照强度保持不变的条件下进行下述实验： （1）根据所选实验电路图连接好电路，使滑动