第7章 第3节（课时2）电学中仪器的使用及基本电路的选择 实验探究：描绘小灯泡的伏安特性曲线-2018年物理高三一轮总复习课件（鲁教版） .ppt

实验探究：描绘小灯泡的伏安特性曲线,1.基础知识,2.典例剖析,3.跟踪训练,第七章 恒定电流,4.真题演练,一、基础知识,1.基础知识,实验目的,1. 描绘小电珠的伏安特性曲线 2. 分析伏安特性曲线的变化规律,1. 实验原理 用电流表测出流过小电珠的电流， 用电压表测出小电珠两端的电压， 测出多组(U，I)值，在UI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. 电路设计 (1)电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大 (2)滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化,实验原理,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.,仪器的选择 (1)电表的选择：先估算电流或电压值，在选择电流表或电压表时，应使指针达到半偏以上 (2)滑动变阻器的选择：实验电路若采用限流式接法，一般选用阻值适当大一些的滑动变阻器，但不可过大；实验电路若采用分压式接法，应选择阻值小一些的滑动变阻器，以便于调节，但要注意其额定电压和额定电流值 (3)电源的选择：综合考虑小电珠、电压表、电流表的量程以及滑动变阻器的阻值，保证能为实验提供合适的电流或电压,二、典例剖析,2. 典例剖析,热点一 实验原理的理解和电路的连接,【例1】有一个小灯泡上标有“4 V，2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线,现有下列器材供选用： A电压表(05 V，内阻10 k) B电压表(015 V，内阻20 k) C电流表(03 A，内阻0.4 ) D电流表(00.6 A，内阻1.0 ) E滑动变阻器(10 ，2 A) F滑动变阻器(500 ，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： _。 (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),描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据,测量数据要从零开始,A,D,E,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)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选量程为05 V的电压表。小灯泡的额定电流为IP/U2/4 A0.5 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)连接实物电路如图所示。 答案 (1)描绘灯泡的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,解析显隐,(3)把图中所示的实验器材用笔画线代替导线连接成实物电路图。,注意实物联线的规范顺序！,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 4.绘图： IU图线在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差,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,【变式训练1】(2016·江西上饶中学一模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,除标有“6 V、1.5 W” 的小灯泡、导线和开关外,还有: A.直流电源6 V(内阻不计) B.直流电流表0 3 A (内阻0.1 以下) C.直流电流表0300 mA(内阻约为5 ) D.直流电压表015 V(内阻约为15 k) E.滑动变阻器“10 2 A” F.滑动变阻器“1 k 0.5 A” 实验要求小灯泡两端的电压从 零开始变化并能多测几次。,(1)实验中电流表应选用_,滑动变阻器应选用_。(均用序号表示) (2)试按要求在虚线方框甲中画出电路图. (3)根据电路图将图乙中所示器材连成实验电路。,C,E,注意电表接线柱选用！,转解析,解析 (1)小灯泡的额定电流为0.25 A，估算其电阻为24 ，故为精确测量，电流表选C；为方便调节，滑动变阻器选E。 (2)小灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，滑动变阻器电阻相对灯泡较小，小灯泡两端的电压又要从零开始调节，故滑动变阻器选用分压式接法。 (3)实物图连接可以根据分压式接法先把滑动变阻器下面两个接线柱直接连在电源和开关两端，再考虑小灯泡和电流表串联的一端接在滑动变阻器的上接线柱上，另一端接在开关离电源远的那个接线柱上，最后连接电压表。(要注意电流进出电表必须正进负出) 答案 (1)C E (2)如图所示 (3)如图所示,转原题,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,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。 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；,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；,审题 设疑,1、小灯泡的电阻很小,可采用电流表什么接法 ？,2、即要求小灯泡两端电压可从0逐渐增大到额定电压,滑动变阻器应采用什么接法?,3、注意连线顺序.,0.44,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 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)。,此句话隐含了什么条件？,4,2.25,转解析,转原题,【变式训练2】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，用实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有： A小灯泡(2.5 V，1.2 W) B电流表(量程00.6 A，内阻r1 ) C电压表(量程03 V，内阻未知) D滑动变阻器R2(05 ，额定电流1 A) E电源(E3 V，内阻不计) F定值电阻R0(阻值6 ) G开关一个和导线若干,(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量减小系统误差，在虚线框内画出完整的实验电路图。,(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：I是电流表的示数，U是电压表的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格，然后在如图坐标纸中画出小灯泡的伏安特性曲线。,0.03,0.05,0.10,0.20,0.35,0.60,0.95,1.45,2.05,2.52,转解析,转原题,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】2015·广东理综，34(2)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 k)、电流表(内阻约为1 )、定值电阻等。,使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图(a)所示，读数为_。据此应选择图中的 _(填“b”或“c”)电路进行实验。,10,b,增大,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(a)是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件_(填“X”或“Y”)是非线性元件。 该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(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7(a)可算得E_V，r_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。,Y,3.2,0.50,转解析,转原题,【变式训练3】2013年12月14日晚上9点14分左右嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板。这是中国航天器第一次在地外天体成功软着陆，中国成为继美国、前苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的IU特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。,(1)为了达到上述目的，应选用图中的哪个电路图：_(填“甲”或“乙”)。,甲,(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图所示的IU图象。由图可知，当电压小于2.0 V时，太阳能电池的电阻_(填“很大”或“很小”)；当电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为_。(保留两位有效数字),很大,1.0×103,通过此图象怎样确定电池电阻的大小随U的变化规律？,三、跟踪训练,3.跟踪训练,【跟踪训练】某同学用图甲所示的电路测绘额定电压为3.0 V的小灯泡I-U图线,并研究小灯泡的实际功率与所加电压的关系.,（1）根据电路图，用笔画线代替导线，将图乙中的实物图连成完整的实验电路。,（2）开关S闭合之前，图甲中滑动变阻器R的滑片应置于_（填“a端”、“b端”或“ab的正中间”）。,a端,（3）根据实验数据，画出的小灯泡的I-U图线如图所示，由此可确定小灯泡在电压为2.5 V时的实际功率为_（保留三位有效数字）。,（4）已知小灯泡灯丝在27 时的电阻是1.5 ，并且其阻值与灯丝温度的关系为Rk（273t ），k为比例常数，根据I-U图线，估算该灯泡以额定功率工作时灯丝温度约为_。,0.975 W,1 155,转解析,转原题,【跟踪训练】有一只标值为“2.5 V,x W”的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清。某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率。 （1）已知小灯泡的灯丝电阻约为5 ，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路。,（2）开关S闭合之前，将图乙中滑动变阻器的滑片应置于 。（选填“A端”、“B端”或“AB正中间”）,（3）该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示,则小灯泡的额定功率为_W。,B端,1.1,答案及解析 略,【跟踪训练】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有： A直流电源(电动势约为5 V，内阻可不计) B直流电流表(量程03 A，内阻约为0.1 ) C直流电流表(量程0600 mA，内阻约为5 ) D直流电压表(量程015 V，内阻约为15 k) E直流电压表(量程05 V，内阻约为10 k) F滑动变阻器(最大阻值10 ，允许通过的最大电流为2 A) G滑动变阻器(最大阻值1 k，允许通过的最大电流为0.5 A) 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据 (1)实验中电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均用序号字母表示),C,E,F,解析显隐,此条件要求把滑动变阻器采用分压式接法.,(2)请按要求将下图中所示的器材连成实验电路,连线提示 1.先用分压式接法将滑动变阻器连入电路中. 2.再将电流表、小灯泡串联后接入电路. 3.最后将电压表并在小灯泡两端.,(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E6 V，内阻r1 ，定值电阻R9 ，此时灯泡的实际功率为_W(结果保留两位有效数字),0.84,解析显隐,四、真题演练,4.真题演练,热点一 对实验原理及注意事项的考查,【真题】 (2012·安徽卷,21)图为“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2.5 V. (1)完成下列实验步骤： 闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,_; 闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,_ _; 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,使它靠近滑动变阻器左端的接线柱,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,滑动变阻器为分压式接法,转解析,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)使它靠近滑动变阻器左端 的接线柱 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,转原题,【真题】 (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PUI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V,1.8 W”,电源为12 V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10 . (1)准备使用的实物电路如图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),采用电流表外接法，滑动变阻器分压式接法.,连线提示 1.先用分压式接法将滑动变阻器连入电路中. 2.再将电流表、滑动变阻器与小灯泡串联接入电路.电流表量程可由标称值计算确定.,(2)现有10 、20 和50 的定值电阻，电路中的电阻R1应选_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,10,电池,审题析疑,1、由小灯泡规格可计算知,小灯泡允许通过的最大电流为0.6 A,故要求接入R1后,电路中的总电流要不小于0.6 A.,2、为防止电源短路及误将电源与其他电路接通，断开开关后，应先拆除电池两端的导线，再拆除其他导线,根据IU/R得, R总U/I12/0.6 20 ,故R1=10 ,(4)小明处理数据后将P、U 2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图所示.请指出图象中不恰当的地方,转解析,1.这些点不近似在一条直线上，应为一条曲线.,2.坐标纸的空间没有被充分利用.原因是绘图时选择的横坐标的标度太小.,转原题,