（通用版）2021版高考物理大一輪復習 第8章 恒定電流 實驗9 描繪小電珠的伏安特性曲線教學案

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1、實驗九　描繪小電珠的伏安特性曲線 1．實驗目的 (1)描繪小電珠的伏安特性曲線。 (2)分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。 2．實驗原理 (1)測多組小電珠的U、I的值，并描繪出I-U圖象。 (2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系。 3．實驗器材 小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“0～3 V～15 V”、電流表“0～0.6 A～3 A”、滑動變阻器、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆。 4．實驗步驟 (1)畫出電路圖(如圖甲所示)。 甲　　　　　　　　乙　　 (2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成如圖乙所示的電路。

2、(3)測量與記錄 移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入自己設計的表格中。 5．數(shù)據(jù)處理 (1)在坐標紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標系。 (2)在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點。 (3)將描出的點用平滑的曲線連接起來，得到小電珠的伏安特性曲線。 6．誤差分析 (1)由于電壓表不是理想電表，內阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值。 (2)測量時讀數(shù)帶來誤差。 (3)在坐標紙上描點、作圖帶來誤差。 7．注意事項 (1)電流表外接法：本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小，因此

3、測量電路必須采用電流表外接法。 (2)滑動變阻器應采用分壓式連接：本實驗要作出I-U圖象，要求測出一組包括零在內的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓接法。 (3)保護元件安全：為保護元件不被燒毀，開關閉合前變阻器滑片應置于使接入電路的電阻最大位置處。加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓。 實驗電路設計與器材的選擇 1．滑動變阻器的選取 在分壓電路中，一般選用總阻值小于用電器電阻的滑動變阻器。在限流電路中，一般選用總阻值和用電器電阻相差不多或大幾倍的滑動變阻器。 2．滑動變阻器的兩種連接方式 限流式接法 分壓式接法 兩種接法的 電路圖 負載R上電壓

4、 的調節(jié)范圍 ～E 0～E 3.兩種接法的適用條件 (1)限流式接法適合測量阻值較小的電阻(跟滑動變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動變阻器的最大電阻還小)。 (2)分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的最大電阻要大)。 (3)若實驗中要求電壓從零開始調節(jié)，則必須采用分壓式接法。 [題組訓練] 1．要描繪一個標有“3 V　0.8 W”小燈泡的伏安特性曲線，要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加，且盡量減小實驗誤差。已選用的器材除導線、開關外，還有： 電池組(電動勢為4.5 V，內阻約1 Ω) 電流表(量程0.6 A，內阻約為1 Ω) 電壓表(量程3 V，內阻約為

5、3 kΩ) 滑動變阻器(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) 實驗電路應選用________(填字母代號)。 A　　　　B　　　　　C　　 　　D B　[由題意得，本實驗要求從電壓表讀數(shù)為零開始測量，故滑動變阻器應采用分壓式接法；由于小燈泡電阻較小，因此應采用電流表外接法，故選擇B電路。] 2．有一個小電珠上標有“4 V　2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個電珠的I-U圖線。有下列器材供選用： A．電壓表(0～5 V，內阻10 kΩ) B．電壓表(0～10 V，內阻20 kΩ) C．電流表(0～0.3 A，內阻1 Ω) D．電流表(0～0.6 A，內阻0.4 Ω) E．

6、滑動變阻器(5 Ω，1 A) F．滑動變阻器(500 Ω，0.2 A) (1)實驗中電壓表應選用________，電流表應選用________。(用序號字母表示) (2)為使實驗誤差盡量減小，要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應選用________。(用序號字母表示) (3)請在虛線框內畫出滿足實驗要求的電路圖，并把下圖中所示的實驗器材用實線連接成相應的實物電路圖。 [解析]　(1)因小電珠的額定電壓為4 V，為保證安全，選用的電壓表量程應稍大于4 V，但不能大太多，量程太大則示數(shù)不準確，故選用0～5 V的電壓表，故選A；由P＝UI得，小電珠的額定電流I＝

7、＝0.5 A，故應選擇0～0.6 A量程的電流表，故選D。 (2)由題意可知，電壓從零開始變化，并要求多測幾組數(shù)據(jù)，故只能采用滑動變阻器分壓式接法，而分壓接法中應選總阻值小的滑動變阻器，故選E。 (3)小電珠內阻R＝＝8 Ω，電壓表內阻遠大于小電珠內阻，應采用電流表外接法，故電路圖和實物連接圖如圖所示。 [答案]　(1)A　D　(2)E　(3)圖見解析 實驗數(shù)據(jù)處理與分析 1．處理數(shù)據(jù)的方法和能力 (1)觀察和分析表格中的數(shù)據(jù)。 (2)利用表格中的數(shù)據(jù)在坐標圖紙上描點。 (3)用平滑的曲線連接描出的點。 (4)根據(jù)描繪的圖線分析小燈泡的工作狀態(tài)。 2．利用圖象處理數(shù)據(jù)

8、和分析實驗結果 (1)圖象橫縱坐標的乘積表示功率。 (2)結合小燈泡的實際工作過程分析實驗結果。 [題組訓練] 1．小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中： 電壓U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.10 2.50 電流I/A 0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.45 0.46 (1)實驗室有兩種滑動變阻器供選擇： A．滑動變阻器(阻值范圍0～10 Ω、額定電流3 A) B．滑動變阻器(阻值范圍0～2 000 Ω、額定電流1 A

9、) 實驗中選擇的滑動變阻器是________。(填寫字母序號) (2)在圖甲中用筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整。 (3)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至最________(選填“左”或“右”)端。 (4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的U-I圖線。 甲　　　　　　　　乙 (5)他們在U-I圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0 V時的坐標點，計算此狀態(tài)的電阻值時，小明提出用圖象上該點曲線斜率表示小燈泡的阻值；小華提出該點與坐標原點連線的斜率表示小燈泡的阻值。你認為________(選填“小華”或“小明”)的方法正確。 [解析]　(1)由于小燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于

10、測量，滑動變阻器選擇0～10 Ω的。 (2)由于小燈泡的電壓和電流從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法。實物連線圖如圖所示。 (3)為了保護測量電路，開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至最左端。 (4)描點連線。用平滑的曲線將所描的點連起來，使盡可能多的點在曲線上，小燈泡的U-I圖線如圖所示。 (5)根據(jù)歐姆定律知，R＝，電阻的大小為該點與坐標原點連線的斜率，故小華的方法正確。 [答案]　(1)A　(2)見解析圖　(3)左　(4)見解析圖　(5)小華 2．(2019·贛州一模)有一只小燈泡，其額定電壓的標值為2.5 V，額定功率的標值模糊不清。某同學想通

11、過測繪燈絲伏安特性曲線的方法來測出該燈泡的額定功率。 　　　　 甲　　　　　　乙　　　　　　　丙 (1)已知小燈泡的燈絲電阻約為5 Ω，請先在圖甲中補全伏安法測量燈絲電阻的電路圖，再選擇電流表、電壓表的合適量程，并按圖甲連接方式將圖乙中的實物連成完整的電路。 (2)開關S閉合之前，圖乙中滑動變阻器的滑片應置于________(選填“A端”“B端”或“AB正中間”)。 (3)該同學通過實驗作出了燈絲的伏安特性曲線如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為________W。 [解析]　(1)測繪伏安特性曲線時電壓、電流需從0開始測量，滑動變阻器采用分壓式接法，燈泡的電阻約為5

12、Ω，屬于小電阻，電流表采取外接法。燈泡的額定電壓為2.5 V，電壓表選擇3 V量程，燈泡的額定電流約為0.5 A，電流表量程選擇0.6 A。 (2)開關S閉合之前，將圖乙中滑動變阻器的滑片應置于B端，使測量電路部分處于短路狀態(tài)，閉合開關時，電壓表、電流表示數(shù)為零，起到保護作用。 (3)當電壓U＝2.5 V時，I＝0.44 A，根據(jù)P＝UI＝2.5×0.44 W＝1.1 W。 [答案]　(1)如圖所示 甲　　　　　　　乙　 (2)B端　(3)1.1 實驗拓展與創(chuàng)新 以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性等特點，常見創(chuàng)新

13、點如下： 實驗原理的創(chuàng)新 1.分析小燈泡的電阻、電阻率的變化情況。 2.借助伏安特性曲線進行實驗數(shù)據(jù)處理，計算小燈泡的最小功率和最大功率。 實驗器材及目的的創(chuàng)新 1.電路中增加R2和S2，作用是實驗前使電容器所帶的電荷中和。 2.實物連線圖隨之發(fā)生變化。 3.將測小電珠的伏安特性曲線改為測電容器充電時兩極間的U-t圖線。 實驗方案創(chuàng)新 1.由測小燈泡換成分析電源。 2.由伏安法測小燈泡伏安特性曲線，改為利用伏安特性曲線分析。 [題組訓練] 1．某同學研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量

14、程3 V，內阻3 kΩ)；電流表(量程0.5 A，內阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內阻不計)；開關S；導線若干。 (1)實驗要求能夠實現(xiàn)在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，在虛線框中畫出實驗電路原理圖。 (2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示。 　　　　　圖(a)　　　　　　　　圖(b) 由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻______(選填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(選填“增大”“不變”或“減小”)。 (3)用另一電源E0(電動勢4 V，內

15、阻1.00 Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S，在R的變化范圍內，小燈泡的最小功率為________W，最大功率為______W。(結果均保留兩位小數(shù)) [解析]　(1)電壓表量程為3 V，要求能夠實現(xiàn)在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴大量程，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開始，故滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡的電阻RL＝＝ Ω＝11.875 Ω，因<，故電流表用外接法，實驗電路原理圖如圖所示。 (2)由I-U圖象知，圖象中的點與坐標原點連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻隨電流的

16、增大而增大，根據(jù)電阻定律R＝ρ知，燈絲的電阻率增大。 (3)當滑動變阻器的阻值最大為9.0 Ω時，電路中的電流最小，燈泡實際功率最小，由E0＝U＋I(R＋r)得U＝－10I＋4，作出圖線①如圖所示。 由交點坐標可得U1＝1.78 V，I1＝221 mA，P1＝U1I1≈0.39 W；當滑動變阻器電阻值R＝0時，燈泡消耗的功率最大，由E0＝U＋I(R＋r)得，I＝－U＋4，作出圖線②如圖所示。由交點坐標可得，U2＝3.70 V，I2＝315 mA，最大的功率為P2＝U2I2≈1.17 W。 [答案]　(1)見解析圖　(2)增大　增大　(3)0.39　1.17 2．某同學利用如圖甲所示

17、電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電池E(內阻很小)、開關S1和S2、電容器C(約100 μF)、電阻R1(約200 kΩ)、電阻R2(1 kΩ)、電壓表V(量程6 V)、秒表、導線若干。 　　 甲　　　　　　乙　　　　　　　　丙 (1)按圖甲所示的電路原理圖將圖乙中實物圖連線。 (2)先閉合開關S2，再斷開開關S2，閉合開關S1，同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖丙所示，電壓表的讀數(shù)為________V(保留兩位小數(shù))。 (3)該同學每隔10 s記錄一次電壓表的讀數(shù)U，記錄的數(shù)據(jù)如表所示。在給出的坐標紙上繪出U-t圖線，已知只有一個數(shù)據(jù)

18、點誤差較大，該數(shù)據(jù)點對應的表中的時間是________s。 時間t/s 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 電壓U/V 2.14 3.45 4.23 4.51 5.00 5.18 (4)電路中C、R2和S2構成的回路的作用是_________。 [解析]　(1)根據(jù)電路原理圖，實物圖連線如圖(a)所示。 　　 　　 圖(a)　　　　　　　　　　　　圖(b) (2)電壓表的量程為6 V，分度值為0.1 V，所以讀數(shù)為3.60 V。 (3)先描點，然后用平滑的曲線將所描的點連接起來，如圖(b)所示。由圖可以看出t＝40 s對

19、應的點誤差較大。 (4)電路中C、R2和S2構成的回路，先閉合開關S2，再斷開開關S2，使電容器上所帶電荷量釋放干凈，不影響實驗。 [答案]　(1)見解析圖(a)　(2)3.60　(3)圖象見解析圖(b)　40　(4)使每次實驗前電容器兩極板上的電荷相中和 3．太陽能電池板在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件。某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池板在沒有光照時(沒有儲存電能)的I-U特性。所用的器材包括：太陽能電池板，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干。 　　 甲　　　　 　　　乙　　　　 　

20、　　　丙 (1)為了達到上述目的，實驗電路應選用圖甲中的________(選填“a”或“b”)。 (2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖乙所示的I-U圖象。由圖可知，當電壓小于2.00 V時，太陽能電池板的電阻________(選填“很大”或“很小”)；當電壓為2.80 V時，太陽能電池板的電阻為________Ω。 (3)當有光照射時，太陽能電池板作為電源，其路端電壓與總電流的關系如圖丙所示，分析該曲線可知，該電池板作為電源時的電動勢為________V。若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構成一個閉合電路，在有光照射情況下，該電池板的效率是________%。(結果保留三位有

21、效數(shù)字) [解析]　(1)用題圖a可以在電池板上得到從零開始的電壓，故應選a圖； (2)由題圖可知，當電壓小于2.00 V時，通過太陽能電池板的電流幾乎為零，故太陽能電池板的電阻很大；當電壓為2.80 V時，電流為2.8 mA，則可知太陽能電池板的電阻為R＝＝＝1 000 Ω； (3)由U-I圖線可知，電池板作為電源時的電動勢為2.80 V；若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構成一個閉合電路，則畫出此電阻的U-I圖線，與電池板的U-I圖線交于一點，讀出U＝1.80 V，I＝1.80 mA，該電池板的效率是η＝×100%＝×100%≈64.3%。 [答案]　(1)a　(2)很大　1 000　(3)2.80　64.3(64.1～64.5均對) 11