（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第七章 实验七 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件

实验七描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的基础过关1.描绘小灯泡的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验原理1.电路原理如图甲所示,测多组小灯泡的U、I值,并绘出I-U图像(图乙)。2.由图线的斜率反映电流与电压的关系,以及温度的影响。 三、实验器材学生电源(4~6V直流)或电池组、小灯泡(3.8V,0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表①外接法,滑动变阻器采用②分压式接法,按电路原理图连接好实验电路。2.把滑动变阻器的滑片调节到电路原理图中最③左端,连接线经检查无误后,闭合开关S。3.移动滑动变阻器滑片位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.41.82.22.63.03.43.8I(A)4.拆除电路,整理仪器。五、数据处理1.在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。2.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.将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。六、误差分析1.由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会造成系统误差。2.电流表、电压表的读数造成④偶然误差。3.在坐标纸上描点、作图造成⑤偶然误差。七、注意事项1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法:小灯泡(3.8V0.3A)的电阻很小,与0~0.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。(2)滑动变阻器应采用分压式接法:目的是能使小灯泡两端的电压从零开始连续变化。2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小灯泡分得电压为零的一端,使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。3.I-U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右绘点要密,防止出现较大误差。4.当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。5.误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。考点一实验原理与实验操作考点二实验数据处理与误差分析考点突破考点三实验的拓展与创新考点一实验原理与实验操作例1(2018连云港模拟)小明同学想研究一段铅芯的伏安特性曲线,他连接了如图甲所示的实验电路。小亮同学认为小明的电路并不完善,他在该电路上增加了一条导线,得到了小明的认同。(1)请你用笔画线在图甲上加上这条导线。(2)对小亮改正后的电路,在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应先置于(选填“最左端”或“最右端”)。(3)闭合开关后,调节滑动变阻器,测得几组电压表和电流表的示数记录如表所示:电流I/A00.080.160.240.320.400.48电压U/V00.631.221.681.972.232.44请根据表中的数据,在图乙坐标系中作出铅芯的I-U图线。(4)由图像可知:随着温度的升高,铅芯的电阻率(选填“增大”“减小”或“不变”)。答案(1)见解析(2)最左端(3)见解析(4)减小解析(1)要描绘伏安特性曲线,应让电压由零开始调节,故应采用滑动变阻器分压接法,因此应接图1中1或2中任一条;(2)由电路图可知,测量部分与滑动变阻器左侧并联,为了让电流由零开始调节,滑片开始时应在最左端;(3)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图2所示;(4)I-U图像中图线的斜率表示电阻的倒数,由图2可知,斜率增大,则说明电阻减小,因长度和横截面积不变,故说明电阻率减小。考点二实验数据处理与误差分析例2(2018南通、泰州一模)在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中,提供下列器材:A.小灯泡(3V,0.6W)B.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)C.电压表(0~15V,内阻约15kΩ)D.电流表(0~250mA,内阻约1Ω)E.电流表(0~0.6A,内阻约为0.4Ω)F.滑动变阻器(10Ω,2A)G.滑动变阻器(1kΩ,0.5A)H.电池组(电动势6V)I.开关、导线若干(1)实验时电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用。(用序号字母表示)(2)请用笔画线代替导线,将实物电路图连接完整。 (3)实验中记录多组电压表示数U和电流表示数I,如表所示,请在图中画出I-U图像。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(4)如果将这个小灯泡接到电动势为3V,内阻为5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是W(保留两位有效数字)。答案(1)BDF(2)图见解析(3)图见解析(4)0.37~0.39解析(1)灯泡额定电压为3V,电压表应选择B;由表中实验数据可知,最大电流为0.205A,电流表应选择D;为方便实验操作,滑动变阻器应选择F。(2)由实验数据可知,最小电流为0.02A,滑动变阻器应采用分压接法,由于电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,实物电路图如图所示 (3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后根据描出的点作出图像如图所示 (4)在灯泡I-U坐标系内作出电源的U-I图像如图所示 由图示图像可知,灯泡两端电压U=2.1V,电流I=0.18A,灯泡实际功率P=UI=2.1×0.18W=0.38W。考点三实验的拓展与创新1.实验的拓展与创新实验情境的创新除研究小灯泡伏安特性曲线,还可研究日常生活与科学实验中的材料或元件的伏安特性曲线器材的改进或替换在没有合适的电压表、电流表的情况下可以先改装,再使用。如(1)扩大电压表量程: (2)扩大电流表量程: 实验原理的创新根据画出的图像,不仅可以分析元件的伏安特性,还可分析电阻、电阻率的变化、计算小灯泡实际功率等2.电表的改装改装为电压表改装为大量程的电流表原理串联电阻分压并联电阻分流改装原理图  分压电阻或分流电阻U=Ig(Rg+R)故R= -RgIgRg=(I-Ig)R故R= 改装后电表内阻RV=Rg+RRgRA= RgUIgIRIIgggRRRRgg例3(2016天津理综)某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”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0~3V,内阻为3kΩ)电压表V2(量程0~15V,内阻为15kΩ)电流表A1(量程0~200mA,内阻为10Ω)电流表A2(量程0~3A,内阻为0.1Ω)滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流2A)滑动变阻器R2(0~1kΩ,额定电流0.5A)定值电阻R3(阻值为1Ω)定值电阻R4(阻值为10Ω)定值电阻R5(阻值为1kΩ)电源E(E=6V,内阻不计)(1)请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。(2)该同学描绘出的I-U图像应是图中的。 答案(1)见解析图(2)B解析描绘小灯泡的伏安特性曲线时,要求“测量数据尽量精确、绘制曲线完整”,从电表的量程来看,V1、A1量程偏小,直接测量灯泡的电压、电流时,曲线不完整,若用V2、A2测量灯泡的电压、电流时,读数不够精确。题目中给了滑动变阻器和几个定值电阻,我们可以采用定值电阻分压、分流的方式扩大电表的量程,准确读出灯泡的电流值、电压值,绘制完整的曲线。(1)电路图如图所示,滑动变阻器的选择:R2的阻值太大,调节不灵敏,故选R1。与电流表A1并联的电阻:由于A1的内阻为10Ω,若选R4为并联电阻,则量程为0~0.4A,若并联阻值过小,电流表读数偏小,读数欠精确。与电压表串联的电阻:分压电阻的阻值应该与电压表V1的内阻具有可比性,故选择R5作为分压电阻,此时量程为0~4V。(2)灯丝的电阻率随温度的升高而增大,其阻值也随温度的升高而增大,则I-U图线的斜率应越来越小,故B项正确。如图所示为“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。 随堂巩固(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。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)见解析图解析(1)由题图知,滑动变阻器采用分压式接法,故①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。②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,直至电压达到其额定电压。(2)与实物电路相应的电路图如图所示