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1、第43讲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、实验器材小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、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。考点一实验原理与操作1实验原理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实验操作(1)确定电流表、电压表的
2、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。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，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
3、 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_(填“亮”或“不亮”)。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
4、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，串联的电阻R11.4 。答案(1)不亮b(2)AD(3)E(4)10(5)11.
5、4方法感悟(1)描绘小灯泡伏安特性曲线往往要求对小灯泡两端电压或通过它的电流调节范围尽量大，一般要求从零开始调节，因此，滑动变阻器往往选择分压接法。(2)在分压接法中，为保证安全和方便操作，滑动变阻器往往选择总阻值较小的、额定电流较大的，因此本实验滑动变阻器选择E。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_。(2)在图甲中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路。(3)利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中描绘出了如图乙所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是(图中P为小灯泡功率)(
6、)答案(1)R1 A2 (2)图见解析(3)BD解析(1)为方便电路调节，滑动变阻器应选择电阻较小的R1；小灯泡正常工作时I额0.3 A300 mA100 mA，故电流表应选A2。(2)因为要求小灯泡上的电压从0开始增大，滑动变阻器应选用分压式接法；而小灯泡正常工作时R灯 13 ，RV5 k，R灯 ，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示。(3)在IU图象中，图线斜率逐渐减小，小灯泡的R逐渐增大；由P知在PU2图象中，图线的斜率应逐渐减小，故B正确；由PI2R知在PI2图象中图线的斜率R应逐渐增大，故D正确。考点二数据处理与误差分析1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
7、。(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。2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)偶然误差电压表、电流表读数时存在误差。在坐标纸上描点、作图时存在误差。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：(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)
8、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。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，即选A。(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
9、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。答案(1)A (2)图见解析(3)左(4)图见解析 (5)小华方法感悟(1)在保证安全的前提下，电压表和电流表选择量程小的，因为这样指针偏角会大些，减小测量误差。(2)坐标轴标度的选取要视所测量的数据而定，以所画图线充分占据整个坐标空间为宜。某同学在做“测绘小灯泡的UI图线”的实验中，得到如下表所示的一组数据：(1)试在图中画出UI图线，当U1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度的升高而_。(2)从图线上可以看出，当小灯泡两端的电
10、压逐渐增大时灯丝电阻的变化是_。(3)实验结果表明，导体的电阻随温度的升高而_。答案(1)UI图线如解析图所示正不变增大(2)开始不变，后来逐渐增大(3)增大解析(1)根据给出的坐标纸建立坐标系，然后描点。用平滑的曲线连接各点(如图所示)，可以看出当U1.40 V时，由UI图线可知，图线的斜率逐渐增大，故其电阻随温度的升高而增大。(2)从图象得知，当U1.40 V时，图线的斜率逐渐增大，所以灯丝电阻的变化是开始不变，后来逐渐增大。(3)从图线的斜率可知，导体的电阻随温度的升高而增大。考点三实验改进与创新1实验改进与创新主要是实验对象的变化，不再是描绘小灯泡的伏安特性曲线，而是描绘其他电学元件一
11、个量随另一个量变化的图象，如热敏电阻、光敏电阻等。2无论想在图象上反映哪两个量之间的关系，都是先据测量数据描点，然后用平滑的曲线或直线拟合这些点。拟合时让尽可能多的点在线上或者均匀分布在线的两侧。(2018全国卷)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 时的阻值)为900.0 ；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 )，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 )；电阻箱R2(阻值范围0999.9 )；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按
12、图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 。实验得到的R2t数据见下表。回答下列问题：(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端；(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线；(3)由图b可得到RT在25 80 范围内的温度特性。当t44.0 时，可得RT_ ；(4)将RT握于手
13、心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为_ ，则手心温度为_ 。解析(1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。(2)将t60 和t70 对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2t 图象，如图所示。(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2t图象可知，当t44.0 时，对应的RT450 。(4)由画出的R2t图象可知，RT620.0 ，则手心温度t33.0 。答案(1)b(2)见解析图(3)450(4)620.
14、033.0方法感悟高考命题考查电学中的图象问题不一定非得考描绘小灯泡的伏安特性曲线，也可能让我们画一下较陌生的图象，比如本题的R2t图象。不论描绘哪两个量之间关系的图象，都同描绘小灯泡伏安特性的描绘方法类似。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
