棒棒堂教育高中物理第七章教师版2.docx
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棒棒堂教育高中物理第七章教师版2
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棒棒堂教育
物理（选修第七章-2）
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4.希望学员在做题过程中，沉着冷静，思考全面；
5.最后，祝所有学员成绩进步，在考试中取得好成绩。
2015年8月
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
注意事项
1．电流表外接法：
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．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
.
热点一 对实验原理及注意事项的考查
【典例1】（2012·安徽卷，21Ⅱ）图1为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V.
图1
（1）完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
解析
（1）滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压．
（2）与实物电路相应的电路图如图所示．
答案
（1）①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压
（2）如解析图所示
【跟踪短训】
1．某同学在探究规格为“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：
（1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．（填选项前的字母）
A．直流电压10V B．直流电流5mA
C．欧姆×100 D．欧姆×1
图2
（2）该同学采用图2所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流1.0A），L为待测小电珠，
为电压表（量程6V，电阻20kΩ），
为电流表（量程0.6A，内阻1Ω），E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关．
Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；（填“左”或“右）
Ⅱ.在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；（图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图2中的数字）
图3
Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图3所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．（填“不变”、“增大”或“减小”）
解析
（1）因小电珠正常发光时的电阻R＝
＝
Ω＝12Ω，小电珠未接入电路的电阻要比正常发光时小得多（因温度的影响），故用多用电表测未接入电路的小电珠的电阻，应选D.
（2）Ⅰ.在实验时，闭合开关前，应使用电器的电压、电流为最小值，故应使滑片P置于最左端．
Ⅱ.若1点到5点未接好，则电路成为滑动变阻器的限流式电路．
Ⅲ.在I－U图象中的每一点与O点连线的斜率逐渐减小，即电阻的倒数减小，所以电阻增大．
答案
（1）D
（2）Ⅰ.左 Ⅱ.1 5（或5 1） Ⅲ.增大
热点二 对电路的连接和实验数据处理的考查
【典例2】在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用器材有：
电动势为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线，要求能测出尽可能多的数据，图4甲所示是没有连接完的实物电路．（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）
图4
（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整．
（2）连好电路，闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向________（填“左”或“右”）端滑动．
（3）通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表示数，并绘制成了如图乙所示的U－I图线，根据U－I图线提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率为________W.
（4）小灯泡的U－I图线是曲线而不是过原点的直线，原因是________________________________________________________________________．
解析
（1）小灯泡的电阻很小，因此采用电流表外接法；实验时，要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压，滑动变阻器应采用分压式接法．实物电路如答案图所示．
（2）将滑片P向右端滑动，可以增大灯泡两端的电压．
（3）根据U－I图象可知，U＝2.5V时，I＝0.2A，所以小灯泡的额定功率为P＝UI＝0.5W.
（4）U－I图线上各点与原点连线的斜率表示灯丝的电阻，图线是曲线而不是过原点的直线，这是因为灯丝的电阻会随温度的升高而增大．
答案
（1）如图所示
（2）右 （3）0.5 （4）灯丝的电阻会随温度的升高而增大
反思总结 实物连线的原则
1．先串后并，接线到柱，注意量程和正负．
2．对限流电路，用笔画线代替导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）．
3．对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间．
【跟踪短训】
2．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：
小电珠（2.5V,0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．
（1）粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡（请填写“×1”“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图5甲所示，结果为________Ω.
图5
（2）实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图6中的连线．
图6
（3）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端．为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动．
（4）下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”）.
数据点
a
b
c
d
e
f
U/V
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
解析
（1）因为小电珠的电阻比较小，故应该选“×1”倍率，由题图读得电阻为7.5Ω.
（2）因为小电珠的电阻比较小，故伏安法测量时应该用电流表外接法，测量的电压应该从零开始，故滑动变阻器要用分压式接法，实物连接如图所示．
（3）开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加，应使滑片从中点向b端滑动．
（4）ab之间的电流增加了0.122A，其他段电流依次增加了0.03A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值．
答案
（1）×1 7.5
（2）见解析图 （3）a b （4）ab
探究高考命题视角
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．
视角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，如典例3.
视角2 图象法处理数据及实物连线
视角3 实验仪器的选择及控制电路的选择
视角4 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．
【典例3】（2013·江苏卷，10）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率．实验所使用的小灯泡规格为“3.0V，1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
（1）准备使用的实物电路如图7所示．请将滑动变阻器接入电路的正确位置．（用笔画线代替导线）
图7
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图8所示．请指出图象中不恰当的地方．
图8
解析
（1）从P－U2图象上描出的点可知，小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大，故滑动变阻器采用分压电路．根据P＝IU知，通过小灯泡的最大电流I＝
＝0.6A，故电流表选0～0.6A的量程．实物电路如答案中图所示．
（2）由小灯泡规格可知，小灯泡允许通过的最大电流为0.6A，故要求接入R1后，电路中的总电流要不小于0.6A，根据I＝
得总电阻R＝
＝
Ω＝20Ω，故R1应选10Ω的定值电阻．
（3）为了实验仪器的安全，防止电源短路及误将电源与其他电路接通，所以断开开关后，先拆除电池两端的导线，再拆除其他导线．
（4）从坐标纸上所描点可以看出这些点不近似在一条直线上，应为曲线，小明作出了一条直线不合适．作图时应使这些点占据整个坐标纸，而小明的横坐标只用了一半，所以小明横坐标的标度选择不合适．
答案
（1）如图所示
（2）10 （3）电池
（4）图线不应画为直线，横坐标的标度选择不合适．
【探究跟踪】
某同学测绘标有“4.8V,0.3A”字样的小灯泡的电功率P随电压U变化的图象，要使小灯泡两端的电压从0到4.8V连续变化，为了使测量尽可能准确，除了导线和开关外，可供选择的仪器还有：
A．电流表（量程为0.6A，内阻约为1Ω）
B．电流表（量程为3A，内阻约为0.2Ω）
C．电压表（量程为6V，内阻约为2kΩ）
D．电压表（量程为15V，内阻约为4.5kΩ）
E．滑动变阻器（阻值范围为0～20Ω，额定电流为2A）
F．滑动变阻器（阻值范围为0～2kΩ，额定电流为0.5A）
G电池组（电动势为6V，内阻约为1Ω）
（1）选用的器材代号为____________．
（2）在图9甲所示的虚线框中画出实验电路图．
（3）根据实验测量的数据描出P－U图象，如图乙所示，小灯泡在1.5V电压下的阻值为________Ω.
图9
解析
（1）依题意可知，实验要求小灯泡两端的电压从0到4.8V连续变化，所以滑动变阻器采用分压式接法；又因小灯泡的电阻R＝
＝
Ω＝16Ω，所以滑动变阻器选用阻值范围较小的E即可；因电池组电动势为6V，为保证电压表读数的准确性，电压表应选量程为6V的C；因小灯泡的额定电流为0.3A，为保证电流表读数的准确性，电流表应选量程为0.6A的A；电池组只能选G.故选用的器材代号为ACEG.
（2）根据第
（1）问的分析可知，滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法．
（3）由题图乙可知，当加在小灯泡两端的电压为1.5V时，其消耗的功率为0.1W，将以上两个数据代入R＝
得R＝22.5Ω.
答案
（1）ACEG
（2）如解析图所示 （3）22.5
图10
1．某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．如图10所示为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
器材（代号）
规格
电流表（A1）
量程0～50mA，内阻约为50Ω
电流表（A2）
量程0～200mA，内阻约为10Ω
电压表（V1）
量程0～3V，内阻约为10kΩ
电压表（V2）
量程0～15V，内阻约为25kΩ
滑动变阻器（R1）
阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A
滑动变阻器（R2）
阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA
直流电源（E）
输出电压6V，内阻不计
电键（S）、导线若干
（1）为提高实验结果的准确程度，电流表应选用________；电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．（以上均填器材代号）
（2）为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号．
解析
（1）图象中电流在0～0.14A之间，电流表选A2；电源电压为6V，但图象只要求电压在0～3V之间调整，为了测量准确，电压表选V1；由于绘制图象的需要，要求电压在0～3V之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了便于调节电压，滑动变阻器应选用最大阻值较小的R1.
（2）该元件约几十欧，RV≫R，电压表的分流作用可以忽略，所以采用电流表外接法．
答案
（1）A2 V1 R1
（2）如图所示
2．某同学使用了如下器材：
电源E（电动势12V）；电压表V（量程15V，内阻约15kΩ）；电流表A（量程100mA，内阻约10Ω）；滑动变阻器（最大电阻为50Ω）；开关；导线若干．测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如图11甲所示，已知小灯泡的额定电压为12V.
（1）请在图乙所示的虚线框中画出此实验电路．
图11
（2）根据设计的电路图在图12的实物上连线．
（3）由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的额定功率为P额＝________W，小灯泡电阻的变化特性为______________________________________________________
________________________________________________________.
图12
解析
（1）测定小灯泡的伏安特性曲线需要测量较多的数据，从伏安特性曲线图可以看出，数据需要从零开始测量，故要采用滑动变阻器的分压式接法；又由于小灯泡的电阻较小，与电流表内阻的差距不如与电压表内阻的差距大，故采用电流表的外接法．
（2）先连接干路、再连接支路，注意电源的正、负极和电表的正、负极接线柱的连接．
（3）从伏安特性曲线图读出在小灯泡额定电压12V下的电流值约为96mA，所以小灯泡的额定功率为P额＝UI＝12×0.096W＝1.15W.
答案
（1）实验电路如图a所示
（2）实物连接如图b所示 （3）1.15（1.15～1.18均可） 灯泡电阻随电压升高而增大（或随温度升高而增大）
3．[2013·天津卷，9（3）]要测绘一个标有“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（电动势为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）；
电键一个、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________（填字母代号）．
③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图13所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.
图13
解析 ①为便于操作实验，滑动变阻器应选择总阻值小的滑动变阻器，故选A.
②因为灯泡两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法．小灯泡的电阻R＝
＝15Ω，与电流表的内阻5Ω相差不大，因此电流表采用外接法．故B图正确．
③在小灯泡的伏安特性曲线图上作出电源的伏安特性曲线（如图），由两曲线的交点的电流I＝0.10A，电压U＝1.0V，得小灯泡消耗的功率P＝IU＝0.10×1.0W＝0.1W.
答案 ①A ②B ③0.1
实验九 测定电源的电动势和内阻
注意事项
1．可选用旧电池：
为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池．
2．电流不要过大，读数要快：
干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A．因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电．
3．计算法求E、r：
要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值．
4．合理选择标度：
为使图线分布空间大，如图2所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝
确定，应根据r＝
确定．
图2
误差分析
①用图象法求E和r时作图不准确．
②由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差．
•本实验中测量结果是：
E测热点一 伏安法测电源电动势和内阻
图3
【典例1】（2013·浙江卷，22）采用如图3所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．
（1）除了选用照片中的部分器材外，________（填选项）；
图4
A．还需要电压表 B．还需要电流表
C．还需要学生电源 D．不再需要其他器材
（2）测量所得数据如下：
测量次数
物理量
1
2
3
4
5
6
R/Ω
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
I/A
0.60
0.70
0.80
0.89
1.00
1.20
U/V
0.90
0.78
0.74
0.67
0.62
0.43
用作图法求得电池的内阻r＝________；
（3）根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝________.
解析
（1）照片中已有电流表、电阻箱和干电池，还缺少电压表，故选A.
（2）作出UI图象，由图象斜率可求得r＝（0.75±0.10）Ω.
（3）由欧姆定律得：
R＋RA＝
，得RA＝
－R＝0.22Ω.
答案
（1）A
（2）（0.75±0.10）Ω （3）0.22Ω
【跟踪短训】
1．（2012·重庆卷，22
（2））某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图5所示．
图5
①测量E和r的实验方案为：
调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式________，利用测量数据作出U－I图象，得出E和r.
②将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图5中用笔画线代替导线连接电路．
③实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U－I图象如图6中（a）、（b）、（c）、（d）所示，由此可知：
在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________（填“增大”、“减小”或“不变”），电源内阻________（填“增大”、“减小”或“不变”）．
曲线（c）对应的电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.当外电路总电阻为2500Ω时，该电源的输出功率P＝________mW.（均保留三位有效数字）
图6
解析 ①本题是利用伏安法测电源电动势和内阻，由E＝U＋Ir得U＝E－Ir.
②连图要从电源正极出发，先连接串联部分，最后再进行并联，并注意电压表、电流表的正、负接线柱，以防接反．
③在电源的U－I图象中，纵轴截距表示电源电动势，斜率绝对值表示电源的内阻，由图象可得，电极间距减小时，电源电动势不变，内阻增大．对图线（c），由图得：
E＝0.975V，内阻r＝|k|＝
＝478Ω.当R＝2500Ω时，P＝I2R＝
R，代入数据可得：
P≈0.268mW.
答案 ①U＝E－Ir ②如图所示 ③不变 增大
0．975 478 0.268
热点二 测定电源电动势和内阻的其他方法
电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法，另外还有以下几种方法：
1．安阻法：
用一个电流表和电阻箱测量，电路如图7甲所示，测量原理为：
E＝I1（R1＋r），E＝I2（R2＋r），由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．
图7
2．伏阻法：
用一个电压表和电阻箱测量，电路如图7乙所示，测量原理为：
E＝U1＋
r，E＝U2＋
r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．
3．粗测法：
用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝
≈E，需满足RV≫r.
图8
4．双伏法：
用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图8所示．测量方法为：
断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋
r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E＝U1′＋
r，解方程组可求得E和r.
【典例2】（2013·安徽卷，21Ⅲ）根据闭合电路欧姆定律，用图9所示电路可以测定电池的电动势和内电阻．图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的．根据实验数据在
－R坐标系中描出坐标点，如图10所示．已知R0＝150Ω，请完成以下数据分析和处理．
（1）图10中电阻为________Ω的数据点应剔除；
（2）在坐标纸上画出
－R的关系图线；
（3）图线的斜率是________（V－1·Ω－1），由此可得电池电动势Ex＝________V.
解析
（1）由闭合电路欧姆定律得
Ex＝U12＋I（R＋rx）
把I＝
代入上式得Ex＝U12＋
（R＋rx）
变形得
＝
＋
＋
R
从上式看出
和R是线性关系，图象是直线，应剔除R＝80.0Ω的数据点．根据所描点画出的
－R图线是直线（大多数点落在直线上），如图所示，图线的斜率k＝
.由图象取两点（0,0.71）和（180,1.51），得出k＝
V－1·Ω－1≈4.44×10－3V－1·Ω－1，Ex＝
＝
V≈1.50V.
答案
（1）80.0
（2）见解析图所示 （3）4.44×10－3
1．50
反思总结 在利用作出的图象求解未知量时，应特别注意直线的斜率、截距．为了明确斜率、截距的意义，要先写出两个量的函数关系
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