届一轮复习人教版实验9 描绘小灯泡的伏安特性曲线学案.docx

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届一轮复习人教版实验9描绘小灯泡的伏安特性曲线学案

实验九　描绘小灯泡的伏安特性曲线

（对应学生用书第148页）

一、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．

二、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IU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：

因为小灯泡的电阻较小，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．

3．滑动变阻器两种接法的对比：

　方式

内容

限流接法

分压接法

对比说明

两种接法电路图

串、并联关系不同

负载R上电压调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

分压电路调节范围大

负载R上电流调节范围

≤I≤

0≤I≤

分压电路调节范围大

闭合S前触头位置

b端

a端

都是为了保护电路元件

4.两种接法的选择：

（1）限流式接法适合测量阻值小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）．

（2）分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）．

（3）三种必须用分压接法的情况．

①若限流式不能保证安全，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或电压），则必须选用分压式接法．

②若Rx≫R滑，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不明显，此时，应改用分压电路．

③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．

5．两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

三、实验器材

小灯泡（3.8V,0.3A）或（2.5V,0.6A）一个、电压表（0～3V～15V）与电流表（0～0.6A～3A）各一个、滑动变阻器（最大阻值20Ω）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．

四、实验过程

（一）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，按图实91中的原理图连接好实验电路．

图实91

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12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.

（二）数据处理

1．在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．

2．在坐标系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．

（对应学生用书第149页）

考点一|实验原理与操作

　　　要描绘一个标有“3V　0.6W”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3V，并便于操作．已选用的器材有：

电池组（电动势4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；

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________（填仪器前的字母）．

A．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）

B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

（2）实验的电路图应选用下列的图________．

（3）根据你所选择的电路图分析，在闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片移到最________（填“左”或“右”）端；闭合开关，移动滑片，使电表的示数逐渐________（填“增大”或“减小”）．依次记录电流及相应的电压．

[答案]

（1）A　

（2）B　（3）左　增大

（2018·茂名一模）现要用伏安法描绘一只标值为“2.5V，0.6W”小灯泡的IU图线，有下列器材供选用：

A．电压表（0～3V，内阻3kΩ；0～15V，内阻10kΩ）

B．电流表（0～0.6A，内阻0.5Ω；0～3A，内阻0.1Ω）

C．滑动变阻器（10Ω，2A）

D．滑动变阻器（100Ω，1.0A）

E．蓄电池（电动势6V，内阻不计）

（1）为了减小测量误差，图甲中的S1应接________（选填“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．

（3）开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端（选填“A”“B”或“AB正中间”）．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数变化明显，但电流表示数始终为0，则电路故障为________．

[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：

（3）为了保证实验安全，开始时灯泡两端的电压应为最小，故滑动变阻器的滑片应在A端；由题意可知，电压表示数变化明显，说明电压表与电源相连，且滑动变阻器连接正常，而电流表没有示数说明电路是断开的，由电路图可知，只能是灯泡发生了断路故障．

[答案]

（1）M　C　

（2）见解析　（3）A　小灯泡断路

考点二|数据处理与误差分析

　　　（2018·苏州高三调研）一实验小组用某种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z，并通过实验研究该元件中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．

（1）该小组连成的实物电路如图实92所示，其中有两处错误，请在错误的连线上打“×”，并在原图上用笔画出正确的连线．

图实92

（2）在实验中应选用的滑动变阻器是________．

A．滑动变阻器R1（0～5Ω　额定电流5A）

B．滑动变阻器R2（0～100Ω　额定电流0.5A）

（3）实验测得元件中的电流与电压的关系如下表所示，试在方格纸中画出电流与电压的关系图线．

U（V）

0

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

1.00

1.20

I（A）

0

0.20

0.30

0.40

0.55

0.75

1.25

1.80

　　（4）本实验中带来误差的电表是________，导致被测电阻的R测________R真（选填“>”“＝”或“<”）．

[答案]

（1）如图甲所示　

（2）A　（3）如图乙所示　（4）电压表　<

在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材及代号如下：

A．小灯泡L（3V、5Ω）；

B．滑动变阻器R（0～10Ω，额定电流1.5A）；

C．电压表V1（量程：

0～3V，RV约5kΩ）；

D．电压表V2（量程：

0～15V，RV约10kΩ）；

E．电流表A1（量程：

0～0.6A，RA约0.5Ω）；

F．电流表A2（量程：

0～3A，RA约0.1Ω）；

G．铅蓄电池、开关各一个，导线若干；

实验中要求加在小灯泡两端的电压可连续地从零调到额定电压．

（1）为了减少误差，实验中应选电压表________，电流表________；

（2）选出既满足实验要求，又要减小误差的实验电路图________．

甲乙

丙丁

（3）请按电路图连接好图中的实物图．

（4）根据所得到的小灯泡的相关数据描绘的伏安特性曲线如图所示，若将该小灯泡接在电动势为3.0V，内阻是5.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率为________（保留两位有效数字）．

[解析]

（1）灯泡的额定电流为I＝＝A＝0.6A，故电流表选择E即可，电压表选C；

（2）因电压表内阻远大于待测灯泡的内阻，故采用电流表外接电路，滑动变阻器用分压电路，故图丙正确；

（3）根据给出的原理图可得出对应的实物图如图所示；

（4）在表示小灯泡的IU图象中画出表示电源的IU图象如图所示，读出两图线交点坐标为：

U＝1.3V，I＝0.34A，所以小灯泡消耗的功率为：

P＝UI＝1.3×0.34W＝0.44W.

[答案]

（1）C　E　

（2）丙　（3）见解析　（4）0.44W

考点三|实验拓展与创新

视角1：

实验目的改变

以实验原理及实验方法为基础，探究小电珠功率与电压的关系．

视角2：

实验对象的变迁

视角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．

创新点1　结合电表的改装和电源的IU图线分析

1．（2017·全国Ⅰ卷）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3.8V，额定电流0.32A）；电压表（量程3V，内阻3kΩ）；电流表（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干．

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图图实93（a）所示．

　　　　　　（a）　（b）

图实93

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率________（填“增大”“不变”或“减小”）．

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．（结果均保留2位小数）

[解析]

（1）小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示．

（2）IU图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大．根据电阻定律R＝ρ，得灯丝的电阻率增大．

（3）当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值．

当R＝9Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示．此时小灯泡功率有最小值．

取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：

U1＝3.66V，I1＝0.319A，

小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17W.

取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：

U2＝1.77V，I2＝0.222A，

小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39W.

[答案]

（1）实验电路原理如图所示．

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

某实验小组为了测定小灯泡的伏安特性曲线，选取了如图甲所示的实验器材．待测小灯泡的额定电压为3.2V，要求测量范围尽量大一些，并描绘出小灯泡的伏安特性曲线．

（1）选取电源的电动势4.0V，电源内阻不计．同学们为了精确测量电压，需要将量程1.0V的电压表改装为量程4.0V，已知1.0V电压表的内阻为1.2kΩ，需要给电压表________（选填“串联”或“并联”）一个R0＝________kΩ的定值电阻．

（2）用笔画线代替导线，将仪器实物图按实验要求连接好．

（3）同学们正确实验后描绘出小灯泡伏安特性曲线如图乙所示，由伏安特性曲线可知，当小灯泡两端电压增大、灯丝温度升高时，电阻________（选填“增大”“不变”或“减小”）．正常工作时灯丝电阻等于________Ω，额定功率是________W（均取两位有效数字）．

（4）将实验时所用的电源串联上一