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必考部分第八章恒定电流第4讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线基础·全面落实考点·深度研析真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、实验目的1．描绘小灯泡的伏安特性曲线。2．分析曲线的变化规律。二、实验原理1．用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条将这些点连接起来。2．电流表采用法(填“内接”或“外接”)，因为小灯泡电阻很小，如果内接电流表，分压明显。滑动变阻器采用式，使电压能从0开始连续变化。平滑的曲线外接分压三、实验器材小灯泡，4～6V学生电源，滑动变阻器，电压表，电流表，开关，导线若干。四、实验步骤1．连接电路将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示电路。2．测出小灯泡在不同电压下的电流移动滑动变阻器触头位置，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。3．画出伏安特性曲线(1)在坐标纸上以I为纵轴，以U为横轴，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)将描出的点用平滑曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。(4)拆除电路、整理仪器。五、注意事项1．电路的连接方式。(1)电流表应采用外接法，因为小灯泡(3.8V0.3A)的电阻很小，与量程为0～0.6A的电流表串联后，电流表的分压影响很大。(2)滑动变阻器应采用分压式连接，目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化。2．闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为0的一端，可以使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而烧坏灯丝。3．U－I图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右描点要密，以防止出现较大误差。4．电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小灯泡的额定电压而定，即使用的若是“3.8V0.3A”的小灯泡，选用电压表的15V量程，若使用“2.5V0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程。5．保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值时，记录I后马上断开开关。6．误差较大的点要舍去，U－I图象应是平滑曲线而非折线。六、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。2．测量时读数带来误差。3．在坐标纸上描点、作图带来误差。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．灯泡的电阻较小，用伏安法测电阻时应采用电流表外接法。()2．为了多测几组数据，滑动变阻器应用分压式接法。()3．用电流表外接法测电阻时，由于电压表的分流作用，致使电阻测量值偏大。()×√√1．(伏安法测电阻)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx阻值约为200Ω，电压表V的内阻约为2kΩ，电流表A的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或乙所示，结果由公式Rx＝UI计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的读数；若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1______(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。Rx1大于小于解析因为Rx≈200Ω，而RV≈2kΩ，RA≈10Ω，有RxRARV，所以选用电流表内接法误差较小，即Rx1更接近于真实值。根据“大内偏大，小内偏小”可知Rx1大于真实值，Rx2小于真实值。2．(图象法处理数据)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流—电压的数据如下表所示：电流I/mA2.75.412.419.527.836.447.156.169.681.793.2电压U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.909.1211.46(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线。(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因。答案(1)如图所示(2)电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同。第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。考点·深度研析核心考点分层突破考点1实物图连接和数据处理考|点|速|通1．各导线都应连接在接线柱上。2．不应在导线中间出现交叉，导线不能跨过仪器。3．连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。4．开关要控制整个电路。典|例|微|探【例1】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15kΩC．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0.1ΩD．滑动变阻器R：阻值范围为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图甲中的实物图连接成完整电路。(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到________(填“A”或“B”)端。A答案(1)见解析图(3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在如图乙所示的坐标纸上画出小灯泡的U－I图线。组数1234567U/V00.280.580.921.502.003.00I/A00.100.200.300.400.450.49(4)根据图线可估得小灯泡在常温下的电阻约为________Ω。(结果保留两位有效数字)2.8答案(3)见解析图解析(1)因待测灯泡的阻值较小，故采用电流表外接；滑动变阻器用分压电路；连接如图所示。(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑动片应移到A端；(3)小灯泡的U－I图线如图。(4)作出过O点的切线，如图所示；常温下的电阻图线是过原点的切线的斜率，故R＝0.280.1Ω＝2.8Ω。题|组|冲|关1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6V,1.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源6V(内阻不计)B．直流电流表0～3A(内阻0.1Ω以下)C．直流电流表0～300mA(内阻约为5Ω)D．直流电压表0～10V(内阻约为15kΩ)E．滑动变阻器10Ω，2AF．滑动变阻器1kΩ，0.5A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(1)实验中电流表应选用__________，滑动变阻器应选用__________。(均用字母表示)(2)在下列虚框中画出实验电路图。(3)试将如图所示器材连成实物电路。CE解析由I额＝1.56A＝250mA，故选C项。因要求电压从零开始变化，变阻器用分压接法，应选小阻值的E。答案(2)实验电路如图所示(3)实验电路如图所示2．为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，某同学测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V,1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。(1)准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)(2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻。(3)测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示。请指出图象中不恰当的地方。10电池解析(1)连线如图所示。(2)小灯泡电阻大约为5Ω，当滑动变阻器阻值最大时，小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为3.3Ω，则12V－3V＝3V3.3Ω×R1，解得R1＝9.9Ω，所以R1应取10Ω的定值电阻。(3)实验结束，断开开关，拆除电池两端导线，以防电源短路。(4)在坐标纸上描出的点并不是在一条直线上，图线应为曲线；横坐标的标度值取得太大，应适当减小。答案(1)见解析图(4)图线不应画为直线；横坐标的标度不恰当考点2实验的迁移、拓展和创新考|点|速|通以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器等设置题目，体现开放性、探究性的特点。1．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。2．采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。3．与原数据处理方式的比较(1)原方案①优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并亲自动手绘出伏安特性曲线，可锻炼学生的读数、动手操作能力。②缺点：学生读数、绘图带来较大误差。(2)改进方案①优点：电压、电流由传感器测出，由电脑进行数据分析，再进行绘图，快捷、准确，误差较小。②缺点：一切在电脑上运行，学生的动手能力得不到锻炼。典|例|微|探【例2】某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干。实验步骤如下：①按电路原理图甲连接线路。甲②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S。③调节滑动变阻器，使电压表满偏。④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)实验中选择滑动变阻器__________(填“R1”或“R2”)。R1(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变。计算可得电压表的内阻为__________Ω。(结果保留到个位)2520(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为__________。(填选项字母)A．100μAB．250μAC．500μAD．1mAD解析(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1。(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00V，电阻箱两端的电压为0.5V，根据串联电路的分压原理，RVR＝2.000.5，求得电压表的内阻RV＝4×630.0Ω＝2520Ω。(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝2.5V2520Ω≈1mA，D项正确。答案(2)连线如图所示题|组|冲|关1．如图甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图。(1)在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到U－I关系的完整曲线)，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器(变化范围0～50Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。(2)如果将该小灯泡分别接入图丙、丁两个不同电路，其中丙电路的电源为一节干电池，丁电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为1.5V，内电阻为1.5Ω，定值电阻R＝18Ω。则接入________(填“丙”或“丁”)电路时，小灯泡较亮些。(3)在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为________W。(4)若将电路丁中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此时电源内部的发热功率为______W。丙0.150.30解析由于要画出U－I关系的完整曲线，必须用滑动变阻器分压式接法画出实验电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的U－I关系的曲线交点即为工作点。显然接入丙电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些。在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为P＝UI＝1×0.15W＝0.15W。若将电路丁中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，可等效为电动势为2.25V、内阻为2.25Ω的电池连接一个灯泡，在小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线