2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流实验九描绘小灯泡的伏安特性曲线学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验九 描绘小灯泡的伏安特性曲线 板块一 主干梳理 夯实基础 实验原理与操作 实验目的 1.描绘小灯泡的伏安特性曲线。 2.分析伏安特性曲线的变化规律。 实验原理 1.用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组 (U， I)值，在 UI 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来。 2.电流表外接：因为小灯泡的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式，使电压能从零开始连续变化。 实验器材 小灯泡 (3.8 V,0.3 A)或 (2.5 V,0.6 A)一个、电压表 (0 3 V 15 V)与电流表 (0 0.6

2、 A 3 A)各一个、滑动变阻器 (最大阻值 20 ) 一个、学生低压直流电源 (或电池组 )、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。 实验步骤 1确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按如图所示的原理图连接好实验电路。 2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关 S。 3.移动滑动变阻器滑片位置，测出多组不同的电压值 U 和电流值 I，并将测量数据填入表格中，断开开关S。 4.拆除电路，整理 仪器。 【 精品教育资源文库 】 数据处理与分析 数据处理 (画出伏安特性曲线 ) 1.在坐标纸上以 U 为横轴， I 为纵轴，建立坐标系。 2.在

3、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结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。 实验器材选取 1.原则： 安全； 精确； 操作方便。 2.具体要求 (1)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 0.6 A。 (2)该用电器的实际最大电流不能大于用电器的额定电流。 (3)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。 (4)滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。 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

4、表的读数带来误差。 3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差。 注意事项 1.本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。 2.本实验要作出 UI 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接法。 3.为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于电路图中 的 a 端。 4.IU 图象在 U0 1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在 U 1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差。 5.电流表选择 0.6 A 量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定。 (1)若使用 “3.8 V 0.3 A” 的小灯泡，选用电压表的 15 V 量程。 (2)若使用

5、 “2.5 V 0.6 A” 的小灯泡，则选用电压表的 3 V 量程。 6.当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录 I 后马上断开开关。 7.误差较大的点要舍去， IU 图象应是平滑曲线而非折线。 8.建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴 表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 实验原理与器材的选取 例 1 要测绘一个标有 “3 V 0.6 W” 小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作。已选用的器材有： 电池组 (电动势为 4.5 V，内阻约 1 ) ； 电流表

6、 (量程为 0 250 mA，内阻约 5 ) ； 电压表 (量程为 0 3 V，内阻约 3 k) ； 电键一个、导线若干。 (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 _(填字母代号 )。 A 滑动变阻器 (最大阻值 20 ，额定电流 1 A) B滑动变阻器 (最大阻值 1750 ，额定电流 0.3 A) 【 精品教育资源文库 】 (2)请将设计的实验电路图画入下面的方框中。 (3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。现将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V，内阻为 5 的电源两端，由此得到小灯泡消耗的功率是 _ W。 尝试解答 (1)A_(2)如图所示 _(3)0.1。 (1)要测灯泡的伏安

7、特性曲线，要求灯泡两端的电压需要由零开始，必须用滑动变阻器的分压式接法，而分压式接法，要求滑动变阻器的阻值较小， 所以应选 A。 (2)由于灯泡的阻值约 R 灯 U2P 15 ，属于小电阻，要用电流表的外接，因此要用分压、外接。 (3)将灯泡接到电源上时，作出电源的 IU 图象如图所示，读得两图线的交点坐标 U 1.0 V、 I 0.1 A，即为此时灯泡两端的电压及通过灯泡的电流，则小灯泡消耗的功率 P UI 1.0 V0.1 A 0.1 W。 【 精品教育资源文库 】 跟踪训练 2017 茂名一模 现要用伏安法描绘一只标值为 “2.5 V,0.6 W” 小灯泡的 IU 图线，有下列器材供选

8、用： A.电压表 (0 3 V，内阻 3 k ； 0 15 V，内阻 10 k) B.电流表 (0 0.6 A，内阻 0.5 ； 0 3 A，内阻 0.1 ) C.滑动变阻器 (10 ， 2 A) D.滑动变阻器 (100 ， 1.0 A) E.蓄电池 (电动势 6 V，内阻不计 ) (1)为了减小测量误差，图甲中的 S1应接 _(填 “ M” 或 “ N”) ，滑动变阻器应选用 _(用序号字母表示 )。 (2)根据你选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图。 答案 (1)M C (2)图见解析 解析 (1)由电路图可知，电路采用了滑动变阻器分压接法；因灯泡内阻较小，故电

9、流表采用外接法；故S1应接在 M 点；因采用分压接法，故滑动变阻器采用小电阻，应选用 C。 (2)根据实验原理图画出实物图如图所示。 【 精品教育资源文库 】 考点 2 数据处理与注意事项 例 2 2013 福建高考 硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压 (硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点 )，探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表 V1量程选用 3 V，内阻为 6.0 k ；电压表 V2量程选用 15 V，内阻约 为 30 k ； R0为保护电阻；直流电源电动势 E 约为 12 V，内阻不计。 (1)根据图甲，用笔画线代替

10、导线，将图乙连接成完整电路。 (2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关 S，调节变阻器 R，读出电压表 V1、 V2的示数 U1、 U2。 某次测量时，电压表 V1示数如图丙，则 U1 _V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为_mA。 (结果保留两位小数 ) 该小组测出大量数据，筛选出下表所示的 9 组 U1、 U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压 Ux和通过的反向电流 Ix(表中 “ ” 表示反向 )，并在坐 标纸上建立 IxUx坐标系，标出了与表中前 5 组 Ux、 Ix数据对应的 5 个坐标点。请你标出余下的 4 个坐标点，并绘出 IxUx图线。 【 精品教育资源文库 】 由 IxUx

11、图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时， Ix与 Ux成 _(填 “ 线性 ” 或 “ 非线性 ”) 关系。 尝试解答 (1)见下图 _(2) 1.40_0.23_ 见下图 _ 非线性 。 (1)题 【 精品教育资源文库 】 (2)题 (1)实物图见尝试解答。 (2) 由题图知，电压表读数为 1.40 V，通过硅光电池的反向电流也等于通过电压表 V1的电流，故 I U1RV1 1.46.010 3 A0.23 mA ； 先在坐标纸上描点，然后用平滑的曲线将其连接起来，图见尝试解答； 因图线为曲线，故 Ix与 Ux成非线性关系。 跟踪训练 2017 河南郑州二模 在探究小灯泡的伏安特性曲线时，

12、所用小灯泡上标有 “2.5 V,0.6 W”字样，实验室提供的器材有： A.电流表 A1(内阻约为 5 、量程为 0 25 mA) B.电流表 A2(内阻约为 1 ，量程为 0 300 mA) C.电压表 V1(内阻约为 5 k 、量程为 0 3 V) D.电压表 V2(内阻约为 15 k 、量程为 0 15 V) E.滑动变阻器 R1(最大阻值为 10 、额定电流为 0.6 A) F.滑动变阻器 R2(最大阻值为 1000 、额定电流为 0.2 A) G.稳压电源 E(电动势为 9.0 V、内阻可忽略 ) H.开关一个、定值电阻若干、导线若干 由以上信息回答下列问题： (1)实验前设计的电路

13、图如图甲所示。为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为 _(选填器材前的字母 )。为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻 R0合适 的电阻值应为 _(选填 “1 ”“10 ”“30 ” 或 “100 ”) 。 【 精品教育资源文库 】 (2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后，在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来。 (3)连接好电路后，通过改变滑动变阻器的滑片位置，并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。若将两个这样的小灯泡并联后直接接在电动势 E 3 V、内电阻 r 5 的电源上，每个小灯泡所消耗的实际功率为 _W。 (结果保留

14、两位有效数字 ) 答案 (1)B、 C、 E 10 (2)如图所示 (3)0.22(0.21 0.23) 【 精品教育资源文库 】 解析 (1)小灯泡的额定电压为 2.5 V，电压表选 C；小灯泡的额定电流 I PU 0.24 A 240 mA，电流表选 B；滑动变阻器采用分压式，选最大阻值较小的 E。为保护滑动变阻器和灯泡，又方便调节小灯泡两端电压在 0 2.5 V，保护电阻选阻值为 10 的定值电阻。 (2)由题意可知小灯泡的阻值 R10.4 ，有 R RVRA，电流表采用外接法，实物连接图见答案图。 (3)两灯泡并联在电源两端，设路端电压为 U，通过每个灯泡的电流为 I，则由闭合 电路欧姆定律得 U E 2Ir，在灯泡伏安特性曲线中作出 U E 2Ir 对应的 UI 图线，如图所示，则由图可知，此时灯泡两端电压约为 1.2 V，电流约为 0.18 A，则功率为 P UI1.20.18 W0.22 W 。 考点 3 实验创新与改进 例 3 发光二极管 (LED)是一种节能、环保的元器