《2019版高考物理总复习 实验创新增分 专题九 描绘小灯泡的伏安特性曲线学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理总复习 实验创新增分 专题九 描绘小灯泡的伏安特性曲线学案（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验九描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式。2掌握伏安特性曲线的描绘方法。3理解小灯泡的伏安特性曲线为什么是曲线。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(U，I)值，在IU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。2滑动变阻器两种接法的对比 方式内容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UE0UE分压电路调节范围大负载R上电流调节范围I0I分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件3两种接法的选择(1)选择不同接法的原则(2)下列情况下滑动变阻器应
2、采用限流接法测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是在小范围内变化，且R与R0接近或R略小于R0，采用限流接法。电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时，采用限流接法。没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，考虑安装简便和节能因素常采用限流接法。(3)下列情况下滑动变阻器应采用分压接法题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够。题设条件中的滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻的阻值。题设要求回路中某部分电路两端的电压从零开始连续变化。三、实验器材小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个
3、、电压表(03 V15 V)与电流表(00.6 A3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 )一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。四、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，按实验中的原理图连接好实验电路。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。次数123456789101112电压U/V电流I/A五、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(
4、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。六、误差分析1系统误差：由于采用的是电流表外接法，电流表的测量值大于小灯泡电流的真实值。2偶然误差(1)电压表、电流表读数时存在误差。(2)在坐标纸上描点、作图时存在误差。七、注意事项1电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：小灯泡(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与00.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大。(2)滑动变阻器应采用分压式接法：目的是能使小灯泡两端的电压从零开始连续变化。2闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开
5、关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。3IU图线在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差。4当小灯泡的电压接近额定电压值时要缓慢增加，到额定电压值记录额定电流I后马上断开开关。5误差较大的点舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线。考点1基础实验例1(2017甘肃一诊)有一个额定电压为2.8 V、功率约为0.8 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个小灯泡的IU 图线，有下列器材供选用：A电压表(03 V，内阻6 k)B电压表(015 V，内阻30 k)C电流表(03 A，内阻0.1 )D电流表(00.6 A
6、，内阻0.5 )E滑动变阻器(010 ，2 A)F滑动变阻器(0200 ，0.5 A)G蓄电池(电动势6 V，内阻不计)(1)某同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路，其他部分连接正确，接通电源后，小灯泡的发光情况是_。要求小灯泡两端的电压从零开始增大，应选择图乙中的电路图是_(填“a”或“b”)。(2)用正确的电路进行测量，电压表应选用_，电流表应选用_。(用序号字母表示)(3)滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)。(4)通过实验测得此小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，由图线可求得此小灯泡在正常工作时的电阻为_。(5)若将此小灯泡与电动势6 V、内阻不计的电源相连，要使小灯泡正常发光，需串
7、联一个阻值为_的电阻(结果保留三位有效数字)。解析(1)由题图甲可知，电压表串联在电路中，电路中的电阻很大，小灯泡不亮；要使小灯泡两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，故电路图应选择b。(2)小灯泡的额定电压为2.8 V，故电压表的量程应略大于2.8 V，故电压表应选A；由PUI得，电流I0.29 A，故电流表应选D。(3)本实验中滑动变阻器是分压接法，为了方便调节，滑动变阻器选最大阻值较小的，故应选E。(4)由题图丙可知，当电压为2.8 V时，电流为0.28 A，则电阻R10 。(5)要使小灯泡串联在6 V的电源上正常工作，则与它串联的电阻所分电压为6 V2.8 V3.2 V，串
8、联的电阻R11.4 。答案(1)不亮 b (2)A D (3)E (4)10 (5)11.4滑动变阻器的选择从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近或较大的滑动变阻器；分压式接法要选用比待测电阻较小阻值的滑动变阻器。测量电压要求从零开始的，只能采用分压式接法。描绘小灯泡的伏安特性曲线一般要求灯泡两端电压从零开始，一般采用分压接法，选用较小的变压器。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
9、(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010 、额定电流3 A)B滑动变阻器(阻值范围02000 、额定电流1 A)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最_(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2.0 V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_(填“小华”或“小明”)的方法正确。答案(1)A (2)图见解
10、析 (3)左 (4)图见解析 (5)小华解析(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010 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，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确。考点2创新实验例2在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能，在没有光照时，太阳能电池可以视为一个电学器件。某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的
11、IU特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。(1)为了达到上述目的，应选用哪个电路图：_(填“甲”或“乙”)。(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图丙所示的IU图象。由图可知，当电压小于2.0 V时，太阳能电池的电阻_(填“很大”或 “很小”)；当电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为_(结果保留两位有效数字)。解析(1)用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照射时(没有储存电能)的IU特性，应选用滑动变阻器分压接法，为电路图甲。 (2)由图可知，当电压小于2.0 V时，电流几乎为零，所以太阳能电池的电
12、阻很大。当电压为2.8 V时，对应电流为2.8 mA，由欧姆定律可得太阳能电池的电阻约为R1.0103 。答案(1)甲(2)很大1.0103熟练掌握实验的基本原理是解决创新性实验的前提。创新实验一般就是：实验对象的变化。如例2把描述小灯泡的伏安特性曲线转化为太阳能电池的伏安特性曲线。数据测量方式的变化和数据处理的变化。实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围020 )、滑动变阻器R2(阻值变化范围01000 )、电动势大小合适的电源、小灯泡(4 V2 W)、开关、导线若干。(1)要完整地描绘小灯泡的UI曲线，请在虚线框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号
13、。(2)实验中描绘出的小灯泡UI曲线如图甲所示，由图象可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内阻，实验电路如图乙所示，图中R0是阻值为9.0 的保护电阻，实验中测得多组数据如表所示，试在同一坐标系中画出等效电源的UI图象，由图象可求出电源自身内阻约为_。序号123456U/V4.003.402.802.001.500.80I/A0.200.250.330.400.460.52(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图丙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为_W。答案(1)图见解析 (2)增大 (3)图见解析 1.
14、0 (4)0.82(0.800.84均正确)解析(1)描绘灯泡的伏安图象曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器要采用分压接法，变阻器应选用阻值较小的R1，由于小灯泡的阻值较小，电流表应用外接法，电路图如图所示。(2)由图示UI图象可知，随着电压与电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，灯丝电阻增大，由此可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。(3)根据表中实验数据作出电源UI图象如图所示，由图象可知，电源内阻rR0 9 1 。(4)由图象可知，灯泡两端电压为2.1 V，电流为0.39 A，灯泡的电功率为PUI2.10.39 W0.82 W。1在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_，电流表应选_
