安徽省2013届高考物理总复习-第七单元-恒定电流--第4节-实验九-描绘小电珠的伏安特性曲线学案-新课标(北京.doc

2013届新课标高考物理总复习学案
第七单元 恒定电流
第4节 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线

（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U－I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。
3．滑动变阻器的限流接法和分压接法。
(1)两种接法比较：
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

(2)两种接法的适用条件：
①限流式接法适合测量阻值小的电阻(与滑动变阻器总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。因为Rx小，限流式中滑动变阻器分得电压大，移动滑动触头调节范围大。
②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(比滑动变阻器的总电阻大)。因为Rx大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，移动滑动触头电压变化明显，便于调节。
③以下几种情况必须采用分压接法：
a．若采用限流式不能控制电路中电流满足实验要求，即不论怎样调节滑动变阻器，待测电阻上的电流(或电压)都会超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式接法。
b．若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头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够大，不利于多次测量求平均值，此时，应改用分压式接法。
c．若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式接法。
④在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。

4．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。

小电珠，电压表与电流表，滑动变阻器，学生低压直流电源(或电池组)，开关，导线若干，坐标纸、铅笔。

（1）根据小电珠上标示的额定电压和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程。
（2）将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图实－9－1所示的电路。

图实－9－1
(3)将滑动变阻器的触头移动到右端闭合开关，调节滑动变阻器，读出并记录多组U、I数值，将测量数据填入表格中。
(4)断开开关，拆除电路，整理仪器。

实验中的U、I数据记入下表中：

(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度。
(2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连起来，得到小电珠的伏安特性曲线。
(1)电路的连接方式：电流表应采用外接法，滑动变阻器 应采用分压式连接。
(2)闭合开关前，滑片应移到使小电珠的电压为0的一端。
(3)在I－U图线弯曲处，绘点要密。
(4)I－U图线上各点要用平滑曲线连接，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，不要画成折线。

(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。

由于人工读数和绘制伏安特性曲线时存在较大误差，故可采用“DIS”数字化实验系统来进行数据的采集和处理，如图实－9－2所示，电流和电压均可由传感器测出，并能得到尽可能多的连续的且差距不太大的数据，然后输入电脑，由电脑对数据进行分析，对偏差很大的数据进行自动取舍，再进行绘图，便得到小电珠的伏安特性曲线。

图实－9－2

[例1]　(2011·福建高考)某同学在探究规格为“6 V,3 W”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10 V　　　　　　　　B．直流电流5 mA
C．欧姆×100 D．欧姆×1
(2)该同学采用图实－9－3甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠， 为电压表(量程6 V，内阻20 kΩ)， 为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关。

图实－9－3
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，已知各元器件均无故障，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；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点到3点”的导线)
Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，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”)

[答案]　(1)D　(2)Ⅰ.左　Ⅱ.1　5(或5　1)　Ⅲ.增大

[例2]　(2011·广东高考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5 V,0.6 W)，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，示数如图实－9－4甲所示，结果为________Ω。

图实－9－4
(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丙中的连线。
(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像，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)

(2)在画实物连线时，应先连干路，再连分压电路。
(3)闭合开关前P应先置于a端，此举为保护小电珠，为使小电珠亮度增加，滑片P应向b端滑动，使其分压增加。
(4)在ab间电流的变化从0～0.122 A，变化较大，为了更准确，应在ab间多测几组数据。
[答案]　(1)×1　7.3～7.7　(2)实物图连接如图所示　

(3)a(或左)　b(或右)　(4)ab

[例3]　某同学为了研究“3 V,0.3 W”的小灯泡L从较低温度到正常发光过程中的电阻情况。设置了如下器材：
电流表A1(量程400 mA，内阻r1＝5 Ω)；
电流表A2(量程600 mA，内阻r2约为1 Ω)；
电压表V(量程15 V，内阻约为3 kΩ)；
定值电阻R0(5 Ω)；
滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流为1 A)；
滑动变阻器R2(0～250 Ω，额定电流为0.3 A)；
电源E(电动势3 V，内阻较小)；
开关一个，导线若干。
(1)从以上给定的器材中选择恰当的器材。在图实－9－5甲所示线框内画出实验电路原理图，并在图中标出所用仪器的代号。

图实－9－5
(2)根据设计的方案，将图实－9－5乙中的器材连成符合要求的电路(有个别仪器可能不用)。
(3)闭合开关S，移动滑片P，使________时，可知灯泡正常发光，此时灯泡的电阻为________(用测量的物理量表示)。

[每课一测]
1．有一规格为“220 V,100 W”的灯泡，现用一准确的欧姆表测其电阻，测量的结果是
(　　)
A．大于484 Ω B．等于484 Ω
C．小于484 Ω D．无法确定
解析：R＝＝ Ω＝484 Ω，是灯发热状态下的电阻。用欧姆表测量时，灯丝温度为室温，所以其阻值比484 Ω小。
答案：C
2．在描绘小灯泡的伏安特性曲线时，采用如图实－9－6所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是(　　)
A．灯泡中灯丝已烧断
B．滑片接触不良 图实－9－6
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
解析：由题图知，若电压表的电阻无穷大，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错。若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错。若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变，故D错。若灯泡内部短路则灯泡两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C。
答案：C

3．在“描述小灯泡的伏安特性曲线”实验中，需要用伏安法测定小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，除开关、导线外，还有如下器材：
A．小灯泡“6 V　3 W”
B．直流电源6～8 V
C．电流表(量程3 A，内阻0.2 Ω)
D．电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)
E．电压表(量程6 V，内阻20 kΩ)
F．电压表(量程20 V，内阻60 kΩ)
G．滑动变阻器(0～20 Ω、2 A)
H．滑动变阻器(1 kΩ、0.5 A)
(1)把实验所用到的器材按字母的先后顺序填入空中：________。
(2)在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图。

解析1)小灯泡“6 V,3 W”的额定电压为6 V，额定电流为0.5 A，故电流表选择量程0.6 A的D，电压表选择量程为6 V的E。而滑动变阻器则选择总电阻比较小，额定电流较大的G。
(2)为了描述小灯泡的伏安特性曲线，要求电压从0开始变化，故一定选择分压电路。对于选定的电流表和电压表，有临界电阻R＝＝141.4 Ω＞RL＝
＝12 Ω，故电流表需要外接。电路图如图所示。
答案：(1)ABDEG　(2)电路图见解析
4．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I－U图线，现有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)
C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A)
F．滑动变阻器(最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A)
G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图实－9－7甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是________________________________________________________________________
__________________________________________

图实－9－7
(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)
解析：因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据。因小灯泡额定电压为4 V,0～15 V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5 V的A；小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D；滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故应选滑动变阻器E；又因RV·RA＞Rx2，所以电流表应外接。
答案：(1)描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据　(2)A　D　E
5．某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下 数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压)：
U/V
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
I/A
0.00
0.10
0.18
0.28
0.38
0.48
A.电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为1.0 Ω)
B．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
C．电压表V1(量程0～3 V，内阻3 kΩ)
D．电压表V2(量程0～15 V，内阻15 kΩ)
E．滑动变阻器R1(阻值0～10 Ω，额定电流2 A)
F．滑动变阻器R2(阻值0～2 kΩ，额定电流0.5 A)
(1)除长约14 cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E(6 V)、开关和带夹子的导线若干外，还需选用的其他器材有________(填选项前字母)；
(2)在虚线框中画出实验电路图；

(3)根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I－U图线。

图实－9－8
解析：由表格中数据可知，电流表选择量程为0～0.6 A，电压表选择量程为0～3 V即可；要求铅笔芯两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应采用分压式接法，滑动变阻器应选择阻值小的“R1”，调节时连续性较好。实验电路图、I－U图线如图所示。

答案：(1)ACE　(2)(3)见解析图
6．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U－I图线。有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～10 V，内阻20 kΩ)
C．电流表(0～0.3 A，内阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(5 Ω，1 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)。
(2)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把由图实－9－9中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。

图实－9－9

解析：(1)因小灯泡的额定电压为4 V，所以电压表应选用A，小灯泡的额定电流I＝＝0.5 A，所以电流表应选用D；小灯泡正常工作时的电阻为R＝＝8 Ω，因为＞Rx，Rx为小电阻，电流表应采用外接法，要求电压表从零开始变化，故滑动变阻器采用分压接法，为便于调节，滑动变阻器应选用E。
(2)满足实验要求的电路图如图所示。

接成的相应实物电路图如图所示。

答案：(1)A　D　E　(2)见解析图

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用心 爱心 专心