【配套K12】新课标2018版高考物理一轮复习第七章恒定电流实验八描绘小电珠的伏安特性曲线教案

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线
[基本要求]
[数据处理]
1.在坐标纸上以U为横轴，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.
[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带来误差.
2.电流表、电压表的读数带来误差.
3.在坐标纸上描点、作图带来误差.
[注意事项]
1.电流表外接法：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.滑动变阻器应采用分压式连接：本实验要作出U­I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式接法.
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.
考向1 对实验原理和器材选择的考查
[典例1] 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I­U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 k Ω)
C.电流表(0～3 A ，内阻0.4 Ω)
D.电流表(0～0.6 A ，内阻1.0 Ω)
E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，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：________________________________.
甲 乙
图1
(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)
(3)把图2中所示的实验器材按图1用笔画线代替导线连接成实物电路图.
图2
[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)因小电珠额定电压为4 V ，则电压表选量程为0～5 V 的电压表.小灯泡的额定电流为
I ＝P U ＝2
4
A ＝0.5 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)按图1甲连接实物电路，如图所示.
[答案] (1)描绘小电珠的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 (3)见解析图
本实验的四点注意事项
(1)因被测小电珠的电阻较小，实验电路必须采用电流表外接法.
(2)在实验过程中，由于小电珠两端的电压要从零开始增大，一直增大到小电珠的额定电压，所以滑动变阻器应采用分压式接法.
(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头应移到一端，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片的位置，使小电珠两端的电压从零开始逐渐增大.调节滑片时电压表的示数不要超过小电珠的额定电压.
(4)画I­U图象时，要用平滑的曲线连接各点，不要画成折线，个别偏离较远的点应该舍弃.
考向2 对数据处理和误差的考查
[典例2] (2017·浙江宁波高三一模)在“测绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，实验器材如下：
待测小电珠(2.5 V,0.5 A)；
双量程电压表(中间接线柱3 V、内阻约为3 kΩ，右边接线柱15 V、内阻约为15 kΩ)；
双量程电流表(中间接线柱0.6 A、内阻约为0.125 Ω，右边接线柱3 A、内阻约为0.025 Ω)；
滑动变阻器(20 Ω，2 A)；
电源(电动势约为3 V，内阻未知)；
开关一个，导线若干.
(1)甲同学连好的实物图如图1所示，乙同学检查时发现了多处错误，请指出(至少两处)：__________________.
图1
(2)两同学改正错误后，测出如下表所示的7组I、U数据，请你在图2的坐标纸上建立I­U坐标系，标出坐标点，绘出小电珠的伏安特性曲线.
图2
(3)根据绘出的小电珠的伏安特性曲线，该小电珠在电压为 1.8 V 时的实际电阻为 Ω.(结果保留三位有效数字)
(4)关于本实验的系统误差，下列判断正确的是 . A.系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越大 B.系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越大 C.系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误差越大 D.系统误差主要是由电表读数时的估读引起的，电压越大误差越大
[解析] (1)本实验要求电压和电流从零开始调节，滑动变阻器应该用分压接法；电源的电动势约为3 V ，电压表应该选择3 V 的量程；小电珠的电阻比较小，电流表应该用外接法.
(3)根据所画的I ­U 图象，当小电珠电压为1.8 V 时，流过小电珠的电流约为0.17 A ，小电珠的电阻R ＝U I
＝10.6 Ω.
(4)本实验的系统误差主要是由电流表外接，电压表分流造成的，选项A 正确. [答案] (1)①滑动变阻器接法错误，应该接成分压式；②电压表量程错误，应选3 V 的量程；③电流表位置接错，应选外接法
(2)如图所示
(3)10.6(10.4～10.7皆可) (4) A
本实验误差的主要来源
(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产生误差. (2)电流表、电压表读数时会产生误差. (3)描点、作图及对图象处理时会产生误差. 考向3 实验创新与改进
1.描绘其他元件的伏安特性曲线.
2.利用导体的伏安特性曲线和电源的U ­I (或I ­U )图线计算电功率.
3.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.
[典例3] 要测绘一个标有“3 V 0.6 W”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3 V ，并便于操作，已选用的器材有：
电池组(电动势为4.5 V ，内阻约1 Ω)； 电流表(量程为0～250 mA ，内阻约5 Ω)； 电压表(量程为0～3 V ，内阻约3 k Ω)； 开关一个、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20 Ω，额定电流1 A) B.滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号).
A B
C D
(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V 、内阻为5 Ω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 ＝U 2P ＝15 Ω，额定电流I ＝P U
＝0.2 A ，由R ＝15 Ω<R A R V ＝15 000 Ω，
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 图象上作出电源的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 ＝0.1×1 W＝0.1 W.
[答案] (1)A (2)B (3)0.1
[典例4] 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧.实验中得到了多组数据，通过描点连线在I ­U 坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示.
甲
(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路.
(2)根据图甲所示，可确定小灯泡的功率P 与U 2
和P 与I 2
的关系，下列示意图中合理的是 .
A B C D
[解析] (1)由题图甲中伏安特性曲线可知，滑动变阻器采用的是分压式接法；由于小灯泡电阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法.(2)随着电压或电流的增大，小灯泡
的电阻增大，小灯泡的电功率与电压或电流的关系分别为P ＝U 2R
或P ＝I 2R ，所以P ­U 2
图线上的
点与原点连线的斜率(表示小灯泡电阻的倒数)应不断减小，P­I2图线上的点与原点连线的斜率(表示小灯泡的电阻)不断增大，D正确.
[答案] (1)电路图、实物图分别如图1、2所示(2)D
图1 图2。