【物理】2018届一轮复习苏教版第7章实验7描绘小灯泡的伏安特性曲线教案

【物理】2018届一轮复习苏教版第7章实验7描绘小灯泡的伏安特性曲线教案

实验七　描绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎● 实验目的 ‎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．‎ ‎● 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，测得多组(U、I)值，在UI坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，分析小灯泡的伏安特性．‎ ‎2．电流表外接：因为小灯泡的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大．‎ ‎3．滑动变阻器的限流接法和分压接法．‎ ‎(1)两种接法比较 限流接法 分压接法 对比说明 两种接法电路图 串、并联关系不同 负载R上电压调节范围 ≤U≤E ‎0≤U≤E 电压能从零开始连续变化 分压接法调节范围大 负载R上电流调节范围 ≤I≤ ‎0≤I≤ 分压接法调节范围大 闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 ‎● 实验器材 小灯泡、电压表与电流表、滑动变阻器、学生低压直流电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．‎ ‎● 实验过程 一、实验步骤 ‎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，按如图实71所示的原理图连接好实验电路．‎ 图实71‎ ‎2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，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 ‎0‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ I/A U/V ‎1.6‎ ‎2.0‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎3.2‎ ‎3.6‎ ‎3.8‎ I/A ‎4．拆除电路，整理仪器．‎ 二、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．‎ ‎3．将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．‎ ‎● 误差分析 ‎1．系统误差：由于电压表、电流表不是理想电表，电表内电阻对电路的影响带来的误差．‎ ‎2．偶然误差：‎ ‎(1)电压表、电流表的读数带来的误差．‎ ‎(2)在坐标纸上描点、作图带来的误差．‎ ‎● 注意事项 ‎1．闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端，从而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被烧坏．‎ ‎2．IU图线在U＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右要多测几组数据，以防出现很大误差．‎ ‎3．误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线．‎ ‎4．建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸．‎ ‎●考向1　器材的选取与电路设计 ‎　某同学为研究小灯泡(最大电压不超过2.5 V，最大电流不超过‎0.55 A)的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材：‎ A．电压表(量程是3 V，内阻是6 kΩ)‎ B．电压表(量程是15 V，内阻是30 kΩ)‎ C．电流表(量程是‎0.6 A，内阻是0.5 Ω)‎ D．电流表(量程是‎3 A，内阻是0.1 Ω)‎ E．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω，额定电流为‎0.6 A)‎ F．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω，额定电流为‎0.6 A)‎ G．直流电源(电动势E＝3 V，内阻不计)‎ H．开关、导线若干 该同学设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)‎ I/A ‎0‎ ‎0.12‎ ‎0.21‎ ‎0.29‎ ‎0.34‎ ‎0.38‎ ‎0.42‎ ‎0.45‎ ‎0.47‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ U/V ‎0‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.40‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎2.00‎ ‎(1)为了提高实验结果的准确程度，电流表选________；电压表选________；滑动变阻器选________．(以上均填写器材代号)‎ ‎(2)请在下面的图实72甲的虚线框中画出实验电路图：‎ 甲　　　　　　　　　　　　乙 图实72‎ ‎(3)在图乙的坐标纸中描出该小灯泡的伏安特性曲线：‎ ‎(4)据图中描出的伏安特性曲线可知，该小灯泡的电阻随温度而变化的情况为：__________________________________________________________.‎ ‎【合作探讨】‎ ‎(1)滑动变阻器选取的一般原则是什么？‎ 提示：一般情况下，若采用“分压式”接法，则选总阻值较小的滑动变阻器；若采用“限流式”接法，则选用与测量电阻阻值相当的滑动变阻器．‎ ‎(2)本实验题中，画实验电路图需要考虑哪些因素？‎ 提示：①滑动变阻器用分压式接法，还是限流式接法．‎ ‎②电流表是内接法，还是外接法．‎ ‎【规范解答】　(1)由于小灯泡的最大电压不超过2.5 V，最大电流不超过‎0.55 A，故为了测量准确，电压表选择量程为3 V的A，电流表选择量程为‎0.6 A的C，又由于测量的是伏安特性曲线，故电压需要从0开始变化，故电路应该采用分压式，滑变阻器选用较小的阻值，以方便操作，故变阻器选择F；(2)由于待测元件的电阻约为4.5 Ω，故对于小电阻宜采用电流表外接法，实验的误差较小，电路采用分压式连接；(3)根据表中的数据，描点、连线即可得图像；(4)由曲线可知，曲线向电压轴靠近，则说明元件的电阻随温度的升高而增大；该处也可以计算出电压较小时、较大时的电阻值进行比较，也能得出元件的电阻随温度的升高而增大的结论．‎ ‎【答案】　(1)C　A　F ‎(2)实验电路图 ‎(3)伏安特性曲线 ‎(4)小灯泡电阻随温度升高而增大 ‎●考向2　电路连接与数据处理分析 ‎　(2015·福建高考)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图实73甲所示，现已完成部分导线的连接．‎ ‎(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；‎ 图实73‎ ‎(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；‎ ‎(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)．‎ ‎【规范解答】(1)电流表示数要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图(a)所示．‎ ‎(a)‎ ‎(2)电流表示数为‎0.44 A.‎ ‎(3)当外电路的总电阻与电源内阻相等时，电源有最大的输出功率，即小电珠的总功率最大，此时R外＝r＝1 Ω，I＝＝ A＝‎1.5 A，U外＝＝1.5 V，即每只小电珠两端的电压为1.5 V，通过图象可知每只小电珠的电流为I0＝‎0.38 A，n＝≈4(只)；通过每只小电珠的电流为I0，两端电压为U，根据闭合电路欧姆定律得：U＋nI0r＝E，而U＋4I0＝3 V，U＝－4I0＋3 V，如图(b)所示，图线的交点纵、横坐标分别为 U≈1.5 V，I0≈‎0.38 A，P＝UI0＝0.57 W，‎ P总＝nP＝0.57×4 W＝2.28 W.‎ ‎(b)‎ ‎【答案】　(1)图见解析　(2)0.44　(3)4　2.28‎ ‎1．电流表和电压表的读数 ‎(1)若刻度盘上每一小格为：1,0.1,0.001…时，需估读到最小刻度值的下一位．‎ ‎(2)若刻度盘上每一小格为：0.2,0.02,0.5,0.05…时，只需估读到最小刻度值的位数．‎ ‎2．当某个用电器接入电源两端时，电源的UI图线与用电器的UI图线的交点坐标，即为该用电器的工作电流和电压．‎ ‎●考向3　创新实验探究 ‎　(2015·重庆高考)同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与Rx相当，电压表可视为理想电压表．‎ 图实74‎ ‎(1)若使用图实74所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的________点．(选填“b”或“c”)‎ ‎(2)测得电阻丝的UI图如图实65所示，则Rx为________Ω.(保留两位有效数字)‎ 图实75‎ ‎(3)实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态，某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化，他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10 V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系如图实76所示．由图可知当风速增加时，Rx会________(选填“增大”或“减小”)．在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10 V，需要将滑动变阻器RW的滑片向________端调节(选填“M”或“N”)．‎ 图实76‎ ‎(4)为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图实77所示的电路．其中R为两只阻值相同的电阻，Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，○V为待接入的理想电压表．如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“－”端应分别连接到电路中的________点和________点(在“a”“b”“c”“d”中选填)．‎ 图实77‎ ‎【规范解答】　(1)由于电流表的内阻与Rx相当，即Rx较小，所以电流表外接时误差较小，故电压表的a端应接电路的c点．‎ ‎(2)由UI图象可知电阻Rx＝＝ Ω≈4.1 Ω.‎ ‎(3)根据Rxv图象可知，风速越大时电阻Rx越小．要使Rx 两端的电压不变，需增大与Rx并联的RW的电阻，即将滑动变阻器RW的滑片向M端滑动．‎ ‎(4)当风速增大时，受气流影响的电阻丝Rx的阻值逐渐减小，d点的电势逐渐降低．开始时，b、d两点电势差为零，所以电压表的“＋”端接b点、“－”端接d点时能满足条件．‎ ‎【答案】　(1)c　(2)4.1(4.0～4.2)　(3)减小　M ‎(4)b　d