2022版高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十一描绘小灯泡的伏安特性曲线学案新人教版

实验十一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验知识自主回顾 SHI YAN ZHI SHI ZI ZHU HUI GU 一、实验目的 1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法。 2．掌握伏安特性曲线的描绘方法。 3．理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是一条直线。 二、实验原理 根据欧姆定律，在纯电阻电路中，当电阻的阻值恒定时，电阻两端的电压和通过电阻的电流成线性关系，U－I图像是一条直线；如果电阻的阻值是变化的，U－I图像不再是一条直线。本实验用伏安法测出小灯泡两端电压及电流，描绘出小灯泡的U－I图像。实验电路如图所示。对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍，所以，它的伏安特性曲线是一条曲线。 三、实验步骤 1．按如图所示的电路原理图连接电路，在闭合开关前变阻器的滑片靠近图中所示的A端。 2．闭合开关，移动滑片P，读出十几组U、I值，并记录在表格中。 3．建立U－I坐标系，将所得几组U、I值在坐标上描出所对应的点。 4．用平滑的曲线将各点连接起来，即为U－I图像。 四、数据处理 实验中，在调节滑动变阻器的滑片位置改变灯泡两端电压时，尽量使灯泡的电压变换有规律，再对应地读电流值，然后再根据所取的电压、电流的最大值，选取适当的横、纵坐标分度，描点画图，这样可以使所取的点在坐标平面内分布的尽量大而且分布疏密程度均匀一些。 五、实验器材选取 1．原则①安全；②精确；③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。 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。 六、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、作图带来操作误差。 七、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U－I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．I－U图像在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，以防出现很大误差。 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。 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，I－U图像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。 核心考点重点突破 HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO 考点一 教材原型实验 例1 2021甘肃模拟为描绘一只规格为“2.8 V 1.6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，某同学给了以下器材 A．干电池组E电动势3 V B．滑动变阻器R最大电阻5 Ω C．电流表A1量程0～0.6 A，内阻约0.5 Ω D．电流表A2量程0～3 A，内阻约0.1 Ω E．电压表V1量程0～3 V，内阻约3 kΩ F．电压表V2量程0～15 V，内阻约15 kΩ G．开关一个，导线若干。 1实验应选用的电流表是C，电压表是E。填器材前面的字母序号 2测量电路应采用电流表外接填“内接”或“外接”法，控制电路应采用滑动变阻器分压式填“限流式”或“分压式”接法。 3如图，作出的I－U图像中a填“a”“b”或“c”图线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。 [解析] 1由于小灯泡的额定电压为2.8 V，所以电压表应选E，小灯泡的额定电流为I＝＝ A≈0.57 A，所以电流表应选C； 2由于小灯泡的电阻较小，所以电流表用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线时小灯泡电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式接法； 3由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，I－U图像中图线上点的横坐标与纵坐标的比值表示小灯泡的电阻，所以I－U图像中a图线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。 方法总结 仪器选取及电路选取需要注意的三个问题 1应根据电路中的最大电压与最大电流来选择电压表与电流表的量程； 2当实验要求电压或电流从零调节或当滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻时，滑动变阻器应采用分压式接法； 3当待测电阻满足时，电流表采用外接法，满足时，电流表采用内接法。 〔变式训练1〕为了描绘一个“12 V 6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，现提供以下器材进行实验。 直流电源E电动势15 V，内阻不计； 电流表A量程分别为0～0.6 A和0～3 A，内阻分别约为0.50 Ω和0.1 Ω； 电压表V量程0～3 V，内阻为3 kΩ； 定值电阻R0阻值为12 kΩ； 滑动变阻器R最大阻值20 Ω，允许通过的最大电流1 A； 开关一个；导线若干。 1由于电压表的量程偏小，要用所给电压表V和定值电阻R0改装成一个较大量程的电压表V′，改装后的电压表量程为0～15 V； 2在方框里画出符合本实验要求的电路图； [答案] 3根据测得的电压表V的示数和电流表A的示数，描出I－U曲线如图甲所示。某次测量时，电流表指针位置如图乙所示，则电流表读数为0.40 A，此时小灯泡的电阻为18.75 Ω。 [解析] 本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线的电路图画法、小灯泡电阻的计算。 1电压表内阻为3 kΩ，定值电阻阻值为12 kΩ，可知改装后电压表最大测量值为U＝RV＋R0＝15 V，即改装后的电压表量程为0～15 V。 2描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始测量，滑动变阻器应采用分压式接法；由于小灯泡的电阻与电流表内阻相差较小，电流表采用外接法，如图所示。 3小灯泡的额定电流I＝，故电流表选用0～0.6 A量程，由题图乙知，电流表的示数为0.40 A；由题图甲知，当电流I＝0.40 A时，电压表的示数为UV＝1.50 V，由串联电路电压与电阻成正比知，灯泡两端的电压U＝UV＝7.50 V，由欧姆定律得，R＝＝ Ω＝18.75 Ω。 考点二 实验拓展创新 在本实验电路的基础上，进行改进与拓展，常见的命题角度有 1改变实验电路如在电表内阻已知的情况下，利用定值电阻改装电表量程。 2改变实验目的如可以研究电阻的电功率。 3改变被测元件可以探究其他元件的伏安特性。 例2 2020吉林模拟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3.8 V，额定电流0.32 A；电压表量程3 V，内阻3 kΩ；电流表量程0.5 A，内阻0.5 Ω；固定电阻R0阻值1 000 Ω；滑动变阻器R阻值0～9.0