【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

【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 知识梳理 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U－I图象，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．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。‎ 误差分析 ‎ ‎1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，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。‎ 热点突破 热点一　仪器选择和电路设计 ‎【例1】　[2016·天津理综，9(3)]某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：‎ 电压表V1(量程0～3 V，内阻等于3 kΩ)‎ 电压表V2(量程0～15 V，内阻等于15 kΩ)‎ 电流表A1(量程0～200 mA，内阻等于10 Ω)‎ 电流表A2(量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω)‎ 滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)‎ 滑动变阻器R2(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)‎ 定值电阻R3(阻值等于1 Ω)‎ 定值电阻R4(阻值等于10 Ω)‎ 定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)‎ 电源E(E＝6 V，内阻不计) ‎ ‎(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。‎ ‎(2)该同学描绘出的I－U图象应是下图中的________。‎ 解析　(1)用电压表V1和R5串联，可改装成量程为U＝(rg＋R5)＝×(3＋1) V＝4 V的电压表；用量程为200 mA 的电流表A1与定值电阻R4并联可改装为量程为I＝Ig＋＝0.2＋ A＝0.4 A的电流表；待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接，电路图见答案。‎ ‎(2)小灯泡的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的I－U图象应该是B。‎ 答案　(1)如图所示　(2)B 热点二　实验数据处理与分析 ‎【例2】　[2015·福建理综，19(2)]某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图1甲所示，现已完成部分导线的连接。‎ ‎(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；‎ 图1‎ ‎(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；‎ ‎(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)．‎ 解析　(1)实物接线图见答案；(2)由图知电流表量程为0.6 A，所以读数为0.44‎ ‎ A；(3)电源内阻为1 Ω，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即小电珠的总功率最大，此时外电路电压等于内电压等于1.5 V，由图丙知当小电珠电压等于1.5 V时电流约为0.38 A，此时电阻约为R＝＝3.95 Ω≈4 Ω，并联后的总电阻为1 Ω，所以需要4个小电珠并联，小电珠消耗的总功率约为P＝＝ W＝2.25 W。‎ 答案　(1)连线如图所示　(2)0.44　(3)4　2.25‎ 热点三　实验的拓展与创新 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点。‎ ‎1．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。‎ ‎2．实验对象的变迁 ‎3．数据处理方式的改进 采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。‎ ‎【例3】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3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。‎ 图2‎ ‎(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2(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图2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。‎ 图3‎ ‎(3)图3(a)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。‎ ‎(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图3(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图3(a)可算得E＝________V，r＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。‎ 解析　(1)欧姆表的读数R＝示数×倍率，得R＝10 Ω；根据实验电路产生误差的原因知应选用电流表外接，故选择“b”电路进行实验。‎ ‎(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R左增大，待测电阻两端的电压增大，所以电流表的示数增大。‎ ‎(3)根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且RX＝10 Ω。‎ ‎(4)由闭合电路欧姆定律：‎ S1、S2均闭合，有U1＝RX S1闭合，S2断开，有U2＝RX 解以上两式得 r＝0.50 Ω，E≈3.2 V 答案　(1)10　b　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50‎ 随堂检测 ‎1．图4是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。‎ 图4‎ 图5‎ (1) 根据图4在虚线框内画出实验电路图；‎ ‎（2）调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图5中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V。所示读数为：①　　　　、②　　　　、③　　　　、④　　　　。两组数据得到的电阻分别为　　　　和　　　　。‎ ‎2.有一个额定电压为2.8 V，额定功率约为0.8 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，有下列器材供选用：‎ 图6‎ A.电压表（0～3 V，内阻6 kΩ）‎ B.电压表（0～15 V，内阻30 kΩ）；‎ C.电流表（0～3 A，内阻0.1 Ω）；‎ D.电流表（0～0.6 A，内阻0.5 Ω）；‎ E.滑动变阻器（10 Ω，2 A）；‎ F.滑动变阻器（200 Ω，0.5 A）；‎ G.蓄电池（电动势6 V，内阻不计）。‎ ‎（1）用如图6甲所示的电路进行测量，电压表应选用　　　　　　，电流表应选用　　　　　　，滑动变阻器应选用　　　　　。（用字母序号表示）‎ ‎（2）通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为　　　　　Ω，此时灯泡的功率为　　　　　W。‎ ‎（3）若将此灯泡与电动势为6 V、内阻不计的电源连接，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为　　　Ω的电阻。‎ 参考答案 ‎1.解析　（1）描绘小灯泡的伏安特性曲线需要测量电压范围大，变阻器用分压接法，小灯泡电阻比较小，电流表要外接，电路图如图所示。 ‎ ‎（2）电流表量程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10 A，②表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以③表示数为2.00 V，④表示数为0.27 V，根据欧姆定律R1＝＝＝8.3 Ω，R2＝＝ Ω＝2.7 Ω。‎ 答案　（1）见解析　（2）①0.10 A　②0.24 A　③2.00 V　④0.27 V（0.27±0.01均可）；8.3 Ω（8.3±0.1均可）　2.7 Ω（2.7±0.1均可）‎ ‎2.解析　（1）小灯泡的额定电压为2.8 V，故电压表应选用0～3 V 量程的A；小灯泡的额定功率为0.8 W，故小灯泡的额定电流约为0.3 A，电流表应选取0～0.6 A量程的D；滑动变阻器应选择阻值较小的E，便于调节。‎ ‎（2）根据题图乙可知，当小灯泡两端的电压为2.8 V时，对应的电流为0.28 A，根据欧姆定律得电阻为R＝＝ Ω＝10 Ω，此时灯泡的功率为P＝UI＝2.8×0.28 W＝0.784 W。‎ ‎（3）当灯泡正常发光时回路中的电流为I＝0.28 A，则串联电阻两端的电压为UR＝6 V－2.8 V＝3.2 V。根据欧姆定律可知应串联电阻的阻值为R＝＝Ω＝11.4 Ω。‎ 答案　（1）A　D　E　（2）10　0.784　（3）11.4‎