搜索
第八章恒定电流描绘小电珠的伏安特性曲线栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、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．三、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．四、注意事项1．电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，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IU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．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，加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】如图为“描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.(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的伏安特性曲线．(2)在虚线框中画出与实物电路对应的电路图．[解析](1)①滑动变阻器的滑片在最左端时，小灯泡两端电压最小，为了保护小灯泡不被烧坏，因此在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最左端；②在调节滑动变阻器时，应注视电压表的示数，不能超过小灯泡的额定电压．[答案](1)①使它靠近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，直至电压达到额定电压(2)见解析图|练高分|1．有一个小电珠上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的IU图线，现有下列器材供选用：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)C．电流表(0～3A，内阻0.4Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻1.0Ω)E．滑动变阻器(10Ω，2A)F．滑动变阻器(500Ω，1A)G．学生电源(直流6V)、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：_______________________________________________________________________________________________________________________________________.(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)把如图所示的实验器材按正确的电路图用笔画线代替导线连接成实物电路图．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4V，则电压表选量程为0～5V的电压表．小灯泡的额定电流为I＝PU＝24A＝0.5A，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)实物电路如图所示．答案：(1)描绘小电珠的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)图见解析2．图1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1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2中的①②③④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)根据实物图，滑动变阻器起分压作用，电压表测量小灯泡两端的电压，电流表外接，故画出的电路图如答案图所示．(2)电流表量程为0.6A，电压表量程为3V，因此①的读数为0.10A，②的读数为0.24A，③的读数为2.00V，④的读数为0.27V．两组数据得到的电阻R1＝U1I1＝2.000.24Ω＝8.3Ω，R2＝U2I2＝0.270.10Ω＝2.7Ω.答案：(1)如图所示(2)0.10A0.24A2.00V0.27V8.3Ω(8.2～8.4Ω均可)2.7Ω(2.6～2.8Ω均可)考点二数据处理与分析——师生共研|研典例|【例】小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：电压U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50电流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：A．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω、额定电流3A)B．滑动变阻器(阻值范围0～2000Ω、额定电流1A)实验中选择的滑动变阻器是________(填写字母序号)．(2)在图甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至________(选填“左”或“右”)端．(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的UI图线．(5)他们在UI图象上找到小灯泡工作电压为2.0V时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值．你认为________(选填“小华”或“小明”)的方法正确．[解析](1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右，为了便于测量，滑动变阻器选择0～10Ω的．(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法，实物连线图如图所示．(3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端．(4)小灯泡的UI图线如图所示．(5)根据欧姆定律知，R＝UI，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确．[答案](1)A(2)见解析图(3)左(4)见解析图(5)小华|练高分|1．(2019届宜兴模拟)某学习小组欲探究小灯泡(“3V,1.5W”)的伏安特性，可提供的实验器材如下：A．电池组：电动势约为4.5V，内阻可不计；B．双量程的电压表：V1：量程为0～3V、内阻约为3kΩ；V2：量程为0～15V、内阻约为15kΩ；C．双量程的电流表：A1：量程为0～0.6A、内阻约为1Ω；A2：量程为0～3A、内阻约为0.1Ω；D．滑动变阻器R：阻值范围0～10Ω、允许通过的最大电流为2A；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实物图1连接成完整电路．(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到________(选填“A”或“B”)端．(3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在图2所示的坐标纸上画出小灯泡的UI图线．组数1234567U/V00.280.580.921.502.003.00I/A00.100.200.300.400.450.49(4)根据图线可求得小灯泡在常温下的电阻约为________Ω(结果保留2位有效数字)．解析：(1)本实验应采用滑动变阻器分压接法以获得多组数据，同时由于小灯泡内阻较小，应采用电流表外接法以减小误差，故连线如图甲所示．(2)由图甲可知测量电路与滑动变阻器的左侧并联，为了让小灯泡两端的电压值从零开始调节，故开始时滑片应移到A端．(3)根据描点法可得出对应的UI图线如图乙所示．(4)作出过原点的切线，如图丙所示；小灯泡在常温下的电阻即图线过原点的切线的斜率；故R＝0.280.1Ω＝2.8Ω.答案：(1)见解析图甲(2)A(3)见解析图乙(4)2.82．小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线．实验可供选择的器材有：A．小灯泡(2.5V,1.2W)；B．电流表(量程0～0.6A，内阻r＝1Ω)；C．电压表(量程0～3V，内阻未知)；D．滑动变阻器R2(0～5Ω，额定电流1A)；E．电源(E＝3V，内阻不计)；F．定值电阻R0(阻值6Ω)；G．开关一个和导线若干．(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量减小系统误差，在虚线框内画出完整的实验电路图．(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：I是电流表的示数，U是电压表的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压．请通过计算补全表格中的空格，然后在如图坐标纸中画出小灯泡的伏安特性曲线．I/A0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.080.150.250.400.600.901.301.852.503.00U灯/V解析：(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，故采用滑动变阻器的分压式接法；本题电流表的内阻已知为1Ω，其电压将可算出，为了尽量减小系统误差，故采用电流表内接法．实验电路如图甲所示．(2)小灯泡两端的电压等于电压表的读数减去电流表两端的电压．因为电流表内阻为1Ω，故电流表两端的电压值与电流表的读数相等．I/A0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.080.150.250.400.600.901.301.852.503.00U灯/V0.030.050.100.200.350.600.951.452.052.52小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．答案：见解析考点三实验改进与创新——师生共研|记要点|创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况．2．借助伏安特性曲线进行实验数据处理，计算小灯泡的最小功率和最大功率．实验器材的创新1.电路中增加R2和S2，作用是实验前使电容器所带的电荷中和．2．实物连线图随之发生变化．实验过程的创新1.分析电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系．2．设计电路，通过电压表的示数来显示风速.|研典例|【例】(2017年全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表(量程3V，内阻3kΩ)；电流表(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(选填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．____________(结果均保留2位小数)[解析](1)要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表应与固定电阻R0串联，将量程改为4V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接．(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E0′(电动势4V，内阻1.00Ω＋9.