第4讲 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 讲义.docx

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1、第4讲 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线见学生用书P129微知识1实验目的1 .描绘小灯泡的伏安特性曲线。2 .分析曲线的变化规律。微知识2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 (I, S值，在U1坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来。2 .电流表采用处接法(填“内接”或“外接”)，因为小灯泡电阻很小，如果内接 电流表，分压明显。滑动变阻器采用分压式,使电压能从O开始连续变化。微知识3实验器材小灯泡，46V学生电源，滑动变阻器，电压表，电流表，开关，导线若干。微知识4实验步骤1 .连接电路将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、

2、开关用导线连接成如图所示电 路。2 .测出小灯泡在不同电压下的电流移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值/,并将测量 数据填入表格。3 .画出伏安特性曲线在坐标纸上以/为纵轴，以U为横轴，建立坐标系。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)将描出的点用平滑曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。(4)拆除电路、整理仪器。微知识5注意事项1 .电路的连接方式。(1)电流表应采用外接法，因为小灯泡(3.8 V 0.3 A)的电阻很小，与量程为00.6 A 的电流表串联后，电流表的分压影响很大。滑动变阻器应

3、采用分压式连接，目的是使小灯泡两端的电压能从O开始连续变 化。2 .闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为O的一端，可以使 开关闭合时小灯泡电压能从O开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡 两端因电压过大而烧坏灯丝。3 . U-/图线在Uo=LoV左右将发生明显弯曲，故在U= 1.0 V左右描点要密， 以防止出现较大误差。4 .电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小灯泡的额定电压而定，即使用 的若是“3.8 V 0.3 A”的小灯泡，选用电压表的15 V量程，若使用“2.5 V 0.6 A”的小灯泡，则选用电压表的3 V量程。5 .保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增

4、加，到额定值时，记录/后马上断开开 关。6 .误差较大的点要舍去，U/图象应是平滑曲线而非折线。微知识6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。2 .测量时读数带来误差。3 .在坐标纸上描点、作图带来误差。一、思维辨析（判断正误，正确的画“，错误的画“X”。）1 .灯泡的电阻较小，用伏安法测电阻时应采用电流表外接法。（J）2 .为了多测几组数据，滑动变阻器应用分压式接法。（）3 .用电流表外接法测电阻时，由于电压表的分流作用，致使电阻测量值偏大。（X） 二、对点微练L （伏安法测电阻）在伏安法测电阻的实验中，待测电阻RX约为200 Q,电压表V 的内阻约为

5、2k,电流表A的内阻约为10 Q,测量电路中电流表的连接方式如图 甲或乙所示，结果由公式R=f计算得出，式中U与1分别为电压表和电流表的 读数；若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rn和Rx2,则（填 “心”或“&2”）更接近待测电阻的真实值，且测量值RXl（填“大于”“等于或“小于”）真实值,测量值&2（填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 解析 因为&=200 0,而Kv=2kO, a10 ,有RXWRAR” 所以选用电流 表内接法误差较小，即更接近于真实值。根据“大内小外”可知Kn大于真实 值，r2小于真实值。答案RXI大于小于2.（图象法处理数据）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的

6、实验中，某同学测得电 流一电压的数据如下表所示：用上表数据描绘电压随电流的变化曲线。为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示；请 指出图线的特征，并解释形成的原因。答案如图所示电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同。第一区间电流很 小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电 能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。见学生用书P130微考点1实物图连接和数据处理核心I微I讲1 .各导线都应连接在接线柱上。2 .不应在导线中间出现交叉，导线不能跨过仪器。3 .连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。4 .开关要控制

7、整个电路。典例I微探【例11 某学习小组欲探究小灯泡（”3 V、1.5 W”）的伏安特性，可提供的实验 器材如下：A.电池组：电动势约4.5 V,内阻可不计；B.双量程的电压表：Vi:量程为03V、内阻约为3k; V2;量程为015V、 内阻约为15 kC.双量程的电流表：Ai：量程为00.6A、内阻约为IO； A2:量程为03A、 内阻约为0.1 OD.滑动变阻器R：阻值范围为010。、允许通过的最大电流为2 A；E.开关S,导线若干。在尽量提高测量精度的情况下，请回答下列问题：（1）根据以上器材，用笔画线代替导线将图甲中的实物图连接成完整电路。闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到（填或5”）

8、端。调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在如图乙所示的坐标纸上画出 小灯泡的。一/图线。（4）根据图线可估得小灯泡在常温下的电阻约为 o （结果保留两位有效数字）【解题导思】（1）本实验中电流表采用内接法还是外接法误差更小？为了便于调节滑动变阻器， 应采用限流式接法还是分压式接法？答：电流表采用处接法误差小一滑动变阻器采用分压式接法如何利用U1图象求电阻的阻值？答：过原点的卫二工图象的斜率表示电阻的阻值?解析（1）因待测灯泡的阻值较小，故采用电流表外接；滑动变阻器用分压电路； 连接如图所示。（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑动片应移到A端；小灯泡的U-1图线如图。（4）作出过O点的切线，如

9、图所示；常温下的电阻图线是过原点的切线的斜率，故 0.28R= n 0=2.8 o vJ A答案（1）见解析图（2）4 （3）见解析图（4）28（273.0均正确）题I组I微I练1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6 YL5 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03 A（内阻O以下）C.直流电流表0300 mA（内阻约为5。）D.直流电压表010V（内阻约为15kQ）E.滑动变阻器10 O, 2AF.滑动变阻器IkO, 0.5 A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。实验中电流表应选用，滑动变阻器应选用 O （均用

10、字母表示）（2）在下列虚框中画出实验电路图。试将如图所示器材连成实物电路。解析 由/额=暴 A=250 mA,故选C项。因要求电压从零开始变化，变阻器用 分压接法，应选小阻值的E。答案(DC E实验电路如图所示(3)实验电路如图所示2.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/, 利用P=U/得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 Y1.8W，电源为12 V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为10。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)现有10 Q、20 O和50 O的定值电阻，电路中的电阻小应选 的定值电阻。测量结束后

11、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、U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。解析(1)连线如图所示。小灯泡电阻大约为5Q,当滑动变阻器阻值最大时，小灯泡与滑动变阻器的并联 3 V电阻值约为3.3 0,贝112 V-3 V=snXA,解得R = 9.9O,所以Rl应取10 O 的定值电阻。实验结束，断开开关，拆除电池两端导线，以防电源短路。(4)在坐标纸上描出的点并不是在一条直线上，图线应为曲线；横坐标的标度值取 得太大，应适当减小。答案(1)见解析图10(3)电池(4)图线不应画为直线；横坐标的标度不恰当

12、微考点2实验的迁移、拓展和创新核心I微I讲以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器等设置题目，体现开放性、探究 性的特点。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 .采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。3 .与原数据处理方式的比较（I）原方案优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并亲自动手绘出伏安特性曲线，可 锻炼学生的读数、动手操作能力。缺点：学生读数、绘图带来较大误差。（2）改进方案优点：电压、电流由传感器测出，由电脑进行数据分析，再进行绘图，快捷、 准确，误差较小。缺点：一切在电脑上运行，学生的动手能力得不到锻炼。典例I微探例2某同学利用图甲所

13、示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻（内阻为数 千欧姆），可供选择的器材有：电阻箱阳最大阻值99 999.9 0）,滑动变阻器小（最 大阻值50 ）,滑动变阻器R2（最大阻值5 k。），直流电源（电动势3 V）,开关1 个，导线若干。实验步骤如下：按电路原理图甲连接线路。将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位 置，闭合开关S。调节滑动变阻器，使电压表满偏。保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V, 记下电阻箱的阻值。回答下列问题：（1）实验中选择滑动变阻器（填“Ri”或“外”）。根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。实验步骤中

14、记录的电阻箱阻值为630.0 ,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上 的分压不变。计算可得电压表的内阻为 o （结果保留到个位）（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为 O （填选项字母）A. 100 A B. 250 AC. 500 A D. 1 mA【解题导思】滑动变阻器滑片的位置不变，当电压表的示数为2.0OV时，电阻箱两端电压为多少？答：电阻箱两端电压为250 V-200 V=O.50 V。解析(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑 动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用Rio (3)如果认为滑动变阻器分得的电 压不变，则调节电

15、阻箱后，电压表两端的电压为2.00 V,电阻箱两端的电压为05 V, 根据串联电路的分压原理，=v,求得电压表的内阻Av=4X6300 0 = 2 520 o (4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为 2 5 V&=2分0。QImA，D项正确。答案(I)Rl (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D题I组I微I练3 .如图甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的。一/关系曲线图。(1)在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到U1关系的完整曲线)，可用的 器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器(变化范围050 0)、电动势为6 V 的电源(不计内阻)、小

16、灯泡、开关、导线若干。如果将该小灯泡分别接入图丙、丁两个不同电路，其中丙电路的电源为一节干 电池，丁电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为L5 V,内电阻为L5 , 定值电阻=18 0。贝康入(填“丙”或“丁”)电路时，小灯泡较亮些。(3)在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为 Wo(4)若将电路丁中的电阻K替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此 时电源内部的发热功率为 Wo解析 由于要画出。一/关系的完整曲线，必须用滑动变阻器分压式接法画出实验 电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的。一/关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线， 与小灯泡灯丝电阻的U/关系的曲线交点即为工作点。显然接入丙电路时

17、灯泡 中电流较大，小灯泡较亮些。在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为P=O=IXO. 15 W=0.15 Wo若将电路丁中的电阻K替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件 不变，可等效为电动势为2.25 V、内阻为2.25 的电池连接一个灯泡，在小灯泡 灯丝电阻的。一/关系曲线图上画出电源(电动势225 V,内阻2.25 Q)的伏安特性 曲线，与小灯泡灯丝电阻的。一/关系曲线交点对应的横坐标值为电源输出电流/ = 0.26 A,此时电源内部的发热功率为P=2r=0.2624.5 W0.30 Wo 答案 实验电路图如图所示。（2）丙（3）0.15 （4）0.304 .硅光电池在无光照时不产生电能，可

18、视为一电子元件。某实验小组设计如图甲 电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究 其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表Vl量程选用3 V,内阻为6.0 kO；电 压表V2量程选用15V,内阻约为30 k。； R）为保护电阻；直流电源电动势E约为 12 V,内阻不计。（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示 数 Ui、U2o某次测量时，电压表Vl示数如图丙，则Ul=V,可算出通过硅光电池的 反向电流大小为 mAo （结果保留两位小数）该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组、

19、S数据，算出相应的硅光电 池两端反向电压打和通过的反向电流及表中“一”表示反向），并在坐标纸上建 立人一以坐标系，标出了与表中前5组以、（数据对应的5个坐标点。请你标出 余下的4个坐标点，并绘出人一以图线。由八一 Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,与UX成（填“线 性”或“非线性”）关系。解析 Vl选用的是3V量程，则刻度盘的最小分度为0.1 V,根据电表的读数原则 知Ul=I4.0义0.1 V=1.40 V, =黑=0.23 mA。描点与绘图如图所示。由于绘出 KVi的八一”图象不是直线，即人与“成非线性关系。甲乙答案（1）连线见解析图甲1.40 0.23描点绘出八一“，图线见解析

20、图乙 非线性见学生用书P1321.某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数 据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有： 电压表V1（量程03V,内阻等于3 k。）电压表V2（量程0-15 V,内阻等于15 k）电流表A（量程0200 mA,内阻等于10 ）电流表A2（量程03 A,内阻等于（H ） 滑动变阻器昭（010 0,额定电流2 A）滑动变阻器电（01 k,额定电流0.5 A）定值电阻&（阻值等于IQ）定值电阻&（阻值等于10。）定值电阻&（阻值等于IkQ）电源（=6V,内阻不计）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在

21、该元件的符号旁。（2）该同学描绘出的1-U图象应是下图中的 o （填选项字母）解析（1）描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时，需要设计成滑动变阻器的分压接法, 滑动变阻器应选择与小灯泡阻值相接近的Rio给出的器材电压表Vl量程小于小灯 泡的额定电压，电压表V2量程又太大，因此需要将电压表Vl串联一个IkQ的定 值电阻层,改装成最大量程为4 V的电压表。给出的器材电流表Al量程小于小灯 泡的额定电流，电流表A2量程又太大，因此需要将电流表Al并联一个10 O的定 值电阻Rb改装成最大量程为400 mA的电流表。（2）由于小灯泡灯丝的电阻随温 度的升高而增大，所以该同学绘出的小灯泡的/一。图象应是B项。

22、答案（1）如图所示（2）B2. （2019全国卷II）某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表（量程为100 A, 内阻大约为2 50OQ）的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器处、出（其中一个 阻值为20 ,另一个阻值为2 OOO Q）；电阻箱&（最大阻值为99 999.9 ）;电源 以电动势约为1.5 V）；单刀开关Sl和S2。、。分别为两个滑动变阻器的滑片。 （1）按原理图甲将图乙中的实物连接起来。完成下列填空：Ki的阻值为（填“20”或“2 000,）o为了保护微安表，开始时将Ri的滑片C滑到接近图甲中的滑动变阻器的 （填“左”或“右”）端对应的位置；将丛的滑片。置于中间位置附近。将电阻

23、箱风的阻值置于2 500.0。，接通Sn将小的滑片置于适当位置，再反 复调节治的滑片。的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说 明S2接通前b与。所在位置的电势（填“相等”或“不相等”）。将电阻箱段和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将段的阻值置于2 601.0 Q时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为 o（结果保留到个位）（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：o解析（1）实物连线如图：滑动变阻器小要接成分压电路，则要选择阻值较小的20 的滑动变阻器； 为了保护微安表，开始时将电的滑片。滑到接近图甲中滑动变阻器的左端对应 的位置；将电阻箱&的阻

24、值置于2 500.0 O,接通Si;将尺的滑片置于适当位 置，再反复调节肥的滑片。的位置；最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不 变，这说明S2接通前后在3。中无电流流过，可知3与。所在位置的电势相等； 设滑片尸两侧电阻分别为区21和或22,因3与。所在位置的电势相等，可知；手 21=黑；同理当风和微安表对调后，仍有M=祟;联立两式解得R=忌= / S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）。为使电流自。端 流入,P端流出，应将SI掷向（填7”或/）, S2掷向（填“c”或d”）。 为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中， 在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串接在相邻器件 和之间。（填器件代号）解析（1）根据左手定则得正电荷在洛伦兹力作用下向M端移动，因此M端带正电， 电压表的正接线柱与M端相连。(2)根据数据作出的UH/图线如图所示，由图象可确定图线的斜率K038,而K kR=彳，将成3的数值代入解得上=L5X1(P3 vmAF1(3)由题意知，。应接电源的正极，尸应接电源的负极，所以开关Sl应掷向心S2 应掷向c。该题的电路设计在操作时极易使电源短路，为了测量安全，可将一合适 的定值电阻串接在SI和电源E之间(或S2和电源E之间)。答案(I)M (2)如图所示1. 5(1.4-1.6)(3)A C Si (或 S2 E)