【物理】2019届一轮复习人教版 实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线 学案

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【物理】2019届一轮复习人教版 实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线 学案

‎ 实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎[基本要求]‎ ‎[数据处理]‎ ‎1.在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立坐标系.‎ ‎2.在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接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.‎ ‎[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、电压表的读数带来误差.‎ ‎3.在坐标纸上描点、作图带来误差.‎ ‎[注意事项]‎ ‎1.电流表外接法:本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法.‎ ‎2.滑动变阻器应采用分压式连接: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式接法.‎ ‎3.保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端.加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压.‎ 考点精练 考向1 对实验原理和器材选择的考查 ‎[典例1] 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个电珠的IU图线,现有下列器材供选用:‎ A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ)‎ B.电压表(0~15 V,内阻20 kΩ)‎ C.电流表(0~‎3 A,内阻0.4 Ω)‎ D.电流表(0~‎0.6 A,内阻1.0 Ω)‎ E.滑动变阻器(10 Ω,‎2 A)‎ F.滑动变阻器(500 Ω,‎1 A)‎ G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 ‎(1)实验时,选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验,请说明理由:________________________________.‎ ‎  ‎ 甲       乙 图1‎ ‎(2)实验中所用电压表应选用    ,电流表应选用    ,滑动变阻器应选用    .(用序号字母表示)‎ ‎(3)把图2中所示的实验器材按图1用笔画线代替导线连接成实物电路图.‎ 图2‎ ‎[解析] (1)由于测量数据要从零开始,故采用题图甲所示的分压式电路,且能方便地多测几组数据.‎ ‎(2)因小电珠额定电压为4 V,则电压表选量程为0~5 V的电压表.小灯泡的额定电流为I== A=‎0.5 A,则电流表选D.滑动变阻器应选最大阻值较小的E,这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化,从而减小读数误差.‎ ‎(3)按图1甲连接实物电路,如图所示.‎ ‎[答案] (1)描绘小电珠的IU图线所测数据需从零开始,并要多取几组数据 (2)A D E (3)见解析图 反思总结 本实验的四点注意事项 ‎(1)因被测小电珠的电阻较小,实验电路必须采用电流表外接法.‎ ‎(2)在实验过程中,由于小电珠两端的电压要从零开始增大,一直增大到小电珠的额定电压,所以滑动变阻器应采用分压式接法.‎ ‎(3)闭合开关前,滑动变阻器的滑动触头应移到一端,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片的位置,使小电珠两端的电压从零开始逐渐增大.调节滑片时电压表的示数不要超过小电珠的额定电压.‎ ‎(4)画IU图象时,要用平滑的曲线连接各点,不要画成折线,个别偏离较远的点应该舍弃.‎ 考向2 对数据处理和误差的考查 ‎ ‎[典例2] (2017·浙江宁波高三一模)在“测绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,实验器材如下:‎ 待测小电珠(2.5 V,0.5 A);‎ 双量程电压表(中间接线柱3 V、内阻约为3 kΩ,右边接线柱15 V、内阻约为15 kΩ);‎ 双量程电流表(中间接线柱0.6 A、内阻约为0.125 Ω,右边接线柱3 A、内阻约为0.025 Ω);‎ 滑动变阻器(20 Ω,2 A);‎ 电源(电动势约为3 V,内阻未知);‎ 开关一个,导线若干.‎ ‎(1)甲同学连好的实物图如图1所示,乙同学检查时发现了多处错误,请指出(至少两处):__________________.‎ 图1‎ ‎(2)两同学改正错误后,测出如下表所示的7组I、U数据,请你在图2的坐标纸上建立IU坐标系,标出坐标点,绘出小电珠的伏安特性曲线.‎ 次数n ‎ 1 ‎ ‎ 2 ‎ ‎ 3 ‎ ‎ 4 ‎ ‎ 5 ‎ ‎ 6 ‎ ‎ 7 ‎ 电压/V ‎ ‎ 0 ‎ ‎ 0.20 ‎ ‎ 0.50 ‎ ‎ 1.00 ‎ ‎ 1.50 ‎ ‎ 2.00 ‎ ‎ 2.50‎ 电流/A ‎ 0 ‎ ‎ 0.08 ‎ ‎ 0.10 ‎ ‎ 0.13 ‎ ‎ 0.16 ‎ ‎ 0.18 ‎ ‎ 0.20‎ 图2‎ ‎(3)根据绘出的小电珠的伏安特性曲线,该小电珠在电压为1.8 V时的实际电阻为    Ω.(结果保留三位有效数字)‎ ‎(4)关于本实验的系统误差,下列判断正确的是    .‎ A.系统误差主要是由电压表的分流引起的,电压越大误差越大 B.系统误差主要是由电流表的分压引起的,电流越大误差越大 C.系统误差主要是由忽略电源内阻引起的,电源内阻越大误差越大 D.系统误差主要是由电表读数时的估读引起的,电压越大误差越大 ‎[解析] (1)本实验要求电压和电流从零开始调节,滑动变阻器应该用分压接法;电源的电动势约为3 V,电压表应该选择3 V的量程;小电珠的电阻比较小,电流表应该用外接法.[ : | |k ]‎ ‎(3)根据所画的IU图象,当小电珠电压为1.8 V时,流过小电珠的电流约为‎0.17 A,小电珠的电阻R==10.6 Ω.‎ ‎(4)本实验的系统误差主要是由电流表外接,电压表分流造成的,选项A正确.‎ ‎[答案] (1)①滑动变阻器接法错误,应该接成分压式;②电压表量程错误,应选3 V的量程;③电流表位置接错,应选外接法 ‎(2)如图所示 ‎(3)10.6(10.4~10.7皆可) (4) A 反思总结 本实验误差的主要 ‎ ‎(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产生误差.‎ ‎(2)电流表、电压表读数时会产生误差.‎ ‎(3)描点、作图及对图象处理时会产生误差.‎ 考向3 实验创新与改进 ‎1.描绘其他元件的伏安特性曲线.‎ ‎2.利用导体的伏安特性曲线和电源的UI(或IU)图线计算电功率.‎ ‎3.以实验原理及实验方法为基础,探究小灯泡功率与电压的关系.‎ ‎[典例3] 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 Ω);‎ 电流表(量程为0~250 mA,内阻约5 Ω);‎ 电压表(量程为0~3 V,内阻约3 kΩ);‎ 开关一个、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 Ω,额定电流‎1 A)‎ B.滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω,额定电流‎0.3 A)‎ ‎(2)实验的电路图应选用下列的图    (填字母代号).‎ ‎    ‎ ‎   A         B ‎    ‎ ‎   C         D ‎(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V、内阻为5 Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是      W.‎ ‎[解析] (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的A.‎ ‎(2)灯泡的电阻R==15 Ω,额定电流I==‎0.2 A,由R=15 Ω<= Ω,依据公式法“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,故选B.‎ ‎(3)在灯泡的IU图象上作出电源的IU图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.1×1 W=0.1 W.‎ ‎[答案] (1)A (2)B (3)0.1‎ ‎[典例4] 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时,所用电流表内阻约为几欧,电压表内阻约为十几千欧.实验中得到了多组数据,通过描点连线在IU 坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示. ‎ 甲 ‎(1)在虚线框中画出实验电路原理图,并在图乙中用笔画线代替导线连接电路.‎ ‎ ‎ ‎ 乙 ‎(2)根据图甲所示,可确定小灯泡的功率P与U2和P与I2的关系,下列示意图中合理的是    .‎ ‎ ‎ A    B      C     D ‎[解析] (1)由题图甲中伏安特性曲线可知,滑动变阻器采用的是分压式接法;由于小灯泡电阻与电流表内阻相差不多,故电流表应采用外接法.(2)随着电压或电流的增大,小灯泡的电阻增大,小灯泡的电功率与电压或电流的关系分别为P=或P=I2R,所以PU2图线上的点与原点连线的斜率(表示小灯泡电阻的倒数)应不断减小,PI2图线上的点与原点连线的斜率(表示小灯泡的电阻)不断增大,D正确.‎ ‎[答案] (1)电路图、实物图分别如图1、2所示 (2)D ‎  ‎ 图1         图2‎
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