2019年度高考物理一轮复习第八章恒定电流实验九描绘小电珠的伏安特性曲线学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线 1.实验原理 (1)测多组小电珠的 U、 I 的值，并绘出 I U 图象； (2)由图线的斜率反映电流与电压和 温度 的关系 . 2.实验器材 小电珠 “3.8V,0.3A” 、电压表 “0 3V 15V” 、电流表 “0 0.6A 3A” 、 滑动变阻器 、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔 . 3.实验步骤 (1)画出电路图 (如图 1 甲所示 ). 图 1 (2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图乙所示的电路 . (3)测量与记录 移动滑动变阻器触头位置，测出 12 组左右不同的电压值 U

2、 和电流值 I，并将测量数据填入自己设计的表格中 . (4)数据处理 在坐标纸上以 U 为横轴， I 为纵轴，建立直角坐标系 . 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 . 将描出的点用 平滑 的曲线连接起来，得到小电珠的伏安特性曲线 . 4.实验器材选取 (1)原则： 安全； 精确； 操作方便 . (2)具体要求 电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流 .干电池中电流一般不允许超过 0.6A. 用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流 . 【 精品教育资源文库 】 电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值 . 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 13以上 . 从便于操

3、作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻 相近 的滑动变阻器，分压式接法要选用 较小 阻值的滑动变阻器 . 1.注意事项 (1)电路的连接方式： 电流表应采用 外 接法：因为小电珠 (3.8V,0.3A)的电阻很小，与量程为 0.6A 的电流表串联时，电流表的分压影响很大 . 滑动变阻器应采用 分压式 接法：目的是使小电珠两端的电压能从 0 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电珠分得电压为 0 的一端，使开关闭合时小电珠的电压 能从0 开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 . (3)I U 图线在 U0 1.0V 左右将发生明

4、显弯曲，故在 U 1.0V 左右绘点要密，以防出现较大误差 . 2.误差分析 (1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值 大 于真实值 . (2)测量时读数带来误差 . (3)在坐标纸上描点、作图带来误差 . 命题点一 教材原型实验 例 1 (2017 全国卷 23) 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 3.8V，额定电流 0.32A)；电压表 (量程 3V，内阻 3k) ；电流表 (量程 0.5A，内阻 0.5) ；固定电阻 R0(阻值 1000) ；滑动变阻器 R(阻值 0 9.0) ；电源 E(电动

5、势 5V，内阻不计 )；开关 S；导线若干 . (1)实验要求能够实现在 0 3.8V 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 2(a)所示 . 【 精品教育资源文库 】 图 2 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻 (填 “ 增大 ”“ 不变 ” 或 “ 减小 ”) ，灯丝的电阻率 (填 “ 增大 ”“ 不变 ” 或 “ 减小 ”). (3)用另一电 源 E0(电动势 4V，内阻 1.00) 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

6、最小功率为 W，最大功率为 W.(结果均保留两位小数 ) 答案 (1)见解析图 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17 解析 (1)电压表量程为 3V，要求能够实现在 0 3.8V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL UI 3.80.32 11.875 ，因 RLRA RVRL，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示 . (2)由 IU 图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律 R lS知，灯丝的电阻率增大 . (3)当滑动变

7、阻器的阻值最大为 9.0 时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由 E0 U I(R r)得 U 10I 4，作出图线 如图所示 . 由交点坐标可得 U1 1.78V， I1 221mA， P1 U1I10.39W ；当滑动变阻器电阻值 R 0 时，灯泡消耗的功率最【 精品教育资源文库 】 大，由 E0 U I(R r)得， I U 4，作出图线 如图所示 .由交点坐标可得， U2 3.70V， I2 315mA，最大的功率为 P2 U2I21.17W. 变式 1 小华和小明在 “ 描绘小灯泡伏安特性曲线 ” 的实验中，将实验数据记录在下表中： 电压 U/V 0.00 0.20 0.40

8、0.70 1.00 1.30 1.70 2.10 2.50 电流 I/A 0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.45 0.46 (1)实验室有两种滑动变阻器供选择： A.滑动变阻器 (阻值范围 0 10 、额定电流 3A) B.滑动变阻器 (阻值范围 0 2000 、额定电流 1A) 实验中选择的滑动变阻器是 .(填写字母序号 ) (2)在图 3 甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整 . (3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至 (选填 “ 左 ” 或 “ 右 ”) 端 . (4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的 U I 图线 . 图 3 (5)他们在

9、 U I 图象上找到小灯泡工作电压为 2.0V 时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜 率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值 .你认为 (选填 “ 小华 ”或 “ 小明 ”) 的方法正确 . 答案 (1)A (2)见解析图 (3)左 (4)见解析图 (5)小华 解析 (1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右，为了便于测量，滑动变阻器选择 0 10 的 . (2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法 .实物连线图如图甲所示 . 【 精品教育资源文库 】 (3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应

10、滑至最左端 . (4)小灯泡的 U I 图线如图乙所示 . (5)根据欧姆定 律知， R UI，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确 . 变式 2 (2017 广东华南三校联考 )为探究小灯泡 L 的伏安特性曲线，提供了以下器材： 小灯泡 L：规格 “4.0V 2.8W” ； 电流表 A1，量程 3A，内阻约为 0.1 ； 电流表 A2，量程 0.6A，内阻 r2 0.2 ； 电压表 V，量程 3V，内阻 rV 9k ； 标准电阻 R1，阻值 1 ； 标准电阻 R2，阻值 3k ； 滑动变阻器 R，阻值范围 0 10 ； 学生电源 E，电动势 6V，内阻不计； 开关 S 及导线若干

11、 . (1)某同学设计了 如图 4 甲所示的电路来进行测量，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于，当通过 L 的电流为0.46A 时，电压表的示数如图乙所示，电压表的读数为 V，此时 L 的电阻为 . 【 精品教育资源文库 】 图 4 (2)要想更准确完整地描绘出 L 的伏安特性曲线，需要重新设计电路 .请你利用所提供器材，在图 5 中的虚线框中补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号 . 图 5 (3)根据实验测得的数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图 6，若将该灯泡接到 E 1.5V、 r 3.0 的电源两端，则灯泡实际消耗的功率 P W.(结果保留两位有效数字 ) 图 6 答案 (1)左

12、端 2.30 5 (2)见解析图 (3)0.18 解析 (1)为保证安全且不损坏电路元件，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于左端 .题图乙电压表量程为 3V，则读数为 2.30V， L 的电阻 R 2.300.46 5. (2)如图所示 (3)在图中画出电源的 I U 图线，由两图象交点可知，灯泡两端电压 U 0.9V，电流 I 0.20A，灯泡实际功率P 0.90.20W 0.18W. 【 精品教育资源文库 】 命题点二 实验拓展与创新 例 2 某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表 (内阻约为 3k) 、电流表 (内阻约为 1) 、定值电阻等 . 图 7

13、(1)使用多用电表粗测元件 X 的电阻，选择 “1” 欧姆挡测量，示数如图 7(a)所示，读数 为 . 据此应选择图中的 (填 “(b)” 或 “(c)”) 电路进行实验； (2)连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐 (填 “ 增大 ” 或 “ 减小 ”) ；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y，重复实验； (3)如图 (d)是根据实验数据作出的 U I 图线，由图可判断元件 (填 “X” 或 “Y”) 是非线性元件； 【 精品教育资源文库 】 (4)该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R 21 的定值电阻，测量待测电池的电动势

14、 E 和内阻 r，电路图如图 (e)所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00V；断开 S2，读数为 1.00V.利用图 (d)可算得 E V.r ( 结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表 ). 答案 (1)10 (b) (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50 解析 (1)由题图 (a)可知，多用电表的读数为 10 ，由于元件的电阻较小，电路应选用电流表外接法，即选择图 (b)电路 . (2)当滑动变阻器的滑片向右移时，电流表的示数增大 . (3)由于元件 Y 的 U I 图线是曲线，因此 Y 是非线性元件 . (4)设线性元件的电阻为 R，由 U I 图线可知， R 3.

15、0 V0.30 A 10 ，则 S1、 S2均闭合时， E 0.3 A(10 r)， S1闭合、 S2断开时， E 0.1 A(10 21 r)，解得 E3.2 V ， r 0.50 . 变式 3 某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有 “ 最大电流不超过 6mA，最大电压不超过 7V” ，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线，他们设计的一部分电路如图 8 所示，图中定 值电阻 R 1k ，用于限流；电流表量程为 10mA，内阻约为 5 ；电压表 (未画出 )量程为 10V，内阻约为 10k ；电源电动势 E 为 12V，内阻不计 . 图 8 (1)实验时有两个滑动变阻器可供选择： A.阻值 0 200 ，额定电流 0.3A B.阻值 0 20 ，额定电流 0.5A 应选的滑动变阻器是 (填 “A” 或 “B”). 正确接线后，测得数据如下表： 1