【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 ‎[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