高考物理必考实验精细精讲实验八描绘小电珠的伏安特性曲线学案

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线目录课前预习·基础落实课堂互动·考点突破课前预习·基础落实【实验目的】1．描绘小电珠的伏安特性曲线。2．分析曲线的变化规律。【实验原理】1．描绘小电珠的伏安特性曲线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I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。2．滑动变阻器的限流接法和分压接法(1)两种接法比较(2)分压和限流电路的选择原则(3)两种接法的适用情况①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，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)，则必须选用分压式电路。②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够大，此时，应改用分压式电路。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。④两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、能耗低。【实验器材】小电珠(“3.8V，0.3A”或“2.5V，0.6A”)一个、电压表(0～3V～15V)与电流表(0～0.6V～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。【实验过程】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Ⅷ－1所示的原理图连接好实验电路。2．把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S。3．改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。4．在坐标纸上以电流I为纵轴，以电压U为横轴建立坐标系，并选取适当的单位。用描点法在坐标纸上标出各组U、I值对应点的位置。用平滑曲线将各点依次连接起来，便得到小电珠的伏安特性曲线。分析小电珠伏安特性曲线的变化规律。5．断开电源，整理好器材。【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，则电流示数偏大。2．测量时读数带来误差。3．在坐标纸上描点、作图带来误差。【注意事项】1．本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。2．本实验要作出I－U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．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。4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。5．连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，绝对不要画成折线。课堂互动·考点突破考点一实验原理与操作[例1](浙江理综)图实Ⅷ－2是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。(1)根据图实Ⅷ－2画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图实Ⅷ－3中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V。所示读数为：①________、②________、③________、④________。两组数据得到的电阻分别为________和________。[解析](1)图见答案。(2)由图可知，量程为0.6A的电流表的分度值为0.02A，采用“半格估读法”，①的读数为0.10A，②的读数为0.24A；量程为3V的电压表的分度值为0.1V，应采用“110估读”法，故③、④的读数分别为2.00V与0.27V。因小灯泡通过的电流随其两端电压的增大而增大，故①与④、②与③分别对应，故由欧姆定律R＝UI可得两组数据得到的电阻分别为R1＝2.000.24Ω＝8.3Ω、R2＝0.270.10Ω＝2.7Ω。[答案](1)如图所示(2)①0.10A②0.24A③2.00V④0.27V(8.3±0.1)Ω(2.7±0.1)Ω[如填为“(2.7±0.1)Ω(8.3±0.1)Ω][特别提醒]“测定金属的电阻率”与“描绘小灯泡的伏安特性曲线”两个实验都是电阻的测量实验，但描绘小灯泡的伏安特性曲线必须要求电压从零开始调节，故滑动变阻器必须采用分压式接法，而测量金属的电阻率的实验电流表的内、外接和滑动变阻器的接法需要依据待测电阻的阻值大小来确定。考点二器材、电路的选择与数据处理[例2](天津理综)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实Ⅷ－4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。[解析](1)测绘小灯泡的伏安特性曲线，要求能较大范围测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A。(2)灯泡的电阻R＝U2P＝15Ω，额定电流I＝PU＝0.2A，由R＝15ΩRARV＝15000Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B。(3)在灯泡的I－U图上作出电源的I－U图线，交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压，此时P灯＝IU＝0.1×1W＝0.1W。[答案](1)A(2)B(3)0.1考点三创新实验剖析1．电阻元件的伏安特性曲线能反映电阻元件的电流随电压的变化规律，能反映元件的电阻变化情况，也可利用伏安特性曲线求解电压、电流、功率等物理量。因此实际问题中常利用本实验的器材、实验方法描绘二极管、电动机、电池等元件的伏安特性曲线。2．实验的控制电路一般用分压接法，但测量电路则需要根据电压表、电流表的内阻与待测元件的电阻之间的大小关系确定。[例3](广东理综)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3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等。(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图实Ⅷ－5甲所示，读数为________Ω。据此应选择图实Ⅷ－5中的________[填“乙”或“丙”]电路进行实验。(2)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。(3)图实Ⅷ－6是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图实Ⅷ－7所示，闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V。利用图实Ⅷ－6可算得E＝________V，r＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。[解析](1)测量值＝读数×倍率，故测量结果为10.0×1Ω＝10.0Ω，因Rx＝10.0ΩRARV≈3000Ω，Rx属于小电阻，故测量电路应采用电流表外接法。(2)滑片P向右滑动时测量电路两端的电压增大，故电流表的示数也增大。(3)非线性元件的U－I图线是曲线。(4)由题图可知U1＝3.00V时I1＝0.30A，U2＝1.00V时I2＝0.10A，根据闭合电路欧姆定律有E＝3.00＋0.30×r，E＝1.00＋0.10×(r＋21)，解得E＝3.15V≈3.2V，r＝0.50Ω。[答案](1)10.0乙(2)增大(3)Y(4)3.20.50