2022版高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十一描绘小灯泡的伏安特性曲线学案新人教版

1、实验十一描绘小灯泡的伏安特性曲线实验知识自主回顾shi yan zhi shi zi zhu hui gu一、实验目的1掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法。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不是一条直线。二、实验原理根据欧姆定律，在纯电阻电路中，当电阻的阻值恒定时，电阻两端的电压和通过电阻的电流成线性关系，ui图像是一条直线；如果电阻的阻值是变化的，ui图像不再是一条直线。本实验用伏安法测出小灯泡两端电压及电流，描绘出小灯泡的ui图像。实验电路如图所示。对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍，所以，它的伏安特性曲线是一条曲线。三、实验

2、步骤1按如图所示的电路原理图连接电路，在闭合开关前变阻器的滑片靠近图中所示的a端。2闭合开关，移动滑片p，读出十几组u、i值，并记录在表格中。3建立ui坐标系，将所得几组u、i值在坐标上描出所对应的点。4用平滑的曲线将各点连接起来，即为ui图像。四、数据处理实验中，在调节滑动变阻器的滑片位置改变灯泡两端电压时，尽量使灯泡的电压变换有规律，再对应地读电流值，然后再根据所取的电压、电流的最大值，选取适当的横、纵坐标分度，描点画图，这样可以使所取的点在坐标平面内分布的尽量大而且分布疏密程度均匀一些。五、实验器材选取1原则：安全；精确；操作方便。2具体要求(1)电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大

3、电流。干电池中电流一般不允许超过0.6 a。(2)用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。(3)电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。(4)滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。六、误差分析1由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。2电流表、电压表的读数带来误差。3在坐标纸上描点、作图带来操作误差。七、注意事项1本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。2本实验要作出ui图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法。3为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于电路图中的a端。4i

4、u图像在u01.0 v左右将发生明显弯曲，故在u1.0 v左右绘点要密，以防出现很大误差。5电流表选择0.6 a量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定。6当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录i后马上断开开关。7误差较大的点要舍去，iu图像应是平滑曲线而非折线。8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。核心考点重点突破he xin kao dian zhong dian tu po考点一教材原型实验例1(2021甘肃模拟)为描绘一只规格为“2.8 v1.6 w”的小灯泡的伏安特性曲线，某同学给了以

5、下器材：a干电池组e(电动势3 v)b滑动变阻器r(最大电阻5 )c电流表a1(量程00.6 a，内阻约0.5 )d电流表a2(量程03 a，内阻约0.1 )e电压表v1(量程03 v，内阻约3 k)f电压表v2(量程015 v，内阻约15 k)g开关一个，导线若干。(1)实验应选用的电流表是c，电压表是e。(填器材前面的字母序号)(2)测量电路应采用电流表外接(填“内接”或“外接”)法，控制电路应采用滑动变阻器分压式(填“限流式”或“分压式”)接法。(3)如图，作出的iu图像中a(填“a”“b”或“c”)图线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。解析(1)由于小灯泡的额定电压为2.8 v，所以电压表

6、应选e，小灯泡的额定电流为i a0.57 a，所以电流表应选c；(2)由于小灯泡的电阻较小，所以电流表用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线时小灯泡电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式接法；(3)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，iu图像中图线上点的横坐标与纵坐标的比值表示小灯泡的电阻，所以iu图像中a图线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。方法总结仪器选取及电路选取需要注意的三个问题 (1)应根据电路中的最大电压与最大电流来选择电压表与电流表的量程；(2)当实验要求电压或电流从零调节或当滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻时，滑动变阻器应采用分压式接法；(3)当待测电阻满足时，电流表采用外接法

7、，满足时，电流表采用内接法。变式训练1为了描绘一个“12 v6 w”的小灯泡的伏安特性曲线，现提供以下器材进行实验。直流电源e：电动势15 v，内阻不计；电流表a：量程分别为00.6 a和03 a，内阻分别约为0.50 和0.1 ；电压表v：量程03 v，内阻为3 k；定值电阻r0：阻值为12 k；滑动变阻器r：最大阻值20 ，允许通过的最大电流1 a；开关一个；导线若干。(1)由于电压表的量程偏小，要用所给电压表v和定值电阻r0改装成一个较大量程的电压表v，改装后的电压表量程为015 v；(2)在方框里画出符合本实验要求的电路图；答案(3)根据测得的电压表v的示数和电流表a的示数，描出iu曲

8、线如图甲所示。某次测量时，电流表指针位置如图乙所示，则电流表读数为0.40 a，此时小灯泡的电阻为18.75 。解析本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线的电路图画法、小灯泡电阻的计算。(1)电压表内阻为3 k，定值电阻阻值为12 k，可知改装后电压表最大测量值为u(rvr0)15 v，即改装后的电压表量程为015 v。(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始测量，滑动变阻器应采用分压式接法；由于小灯泡的电阻与电流表内阻相差较小，电流表采用外接法，如图所示。(3)小灯泡的额定电流i，故电流表选用00.6 a量程，由题图乙知，电流表的示数为0.40 a；由题图甲知，当电流i0.40 a时，电压表

9、的示数为uv1.50 v，由串联电路电压与电阻成正比知，灯泡两端的电压uuv7.50 v，由欧姆定律得，r 18.75 。考点二实验拓展创新在本实验电路的基础上，进行改进与拓展，常见的命题角度有：(1)改变实验电路：如在电表内阻已知的情况下，利用定值电阻改装电表量程。(2)改变实验目的：如可以研究电阻的电功率。(3)改变被测元件：可以探究其他元件的伏安特性。例2(2020吉林模拟)某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡l(额定电压3.8 v，额定电流0.32 a)；电压表(量程3 v，内阻3 k)；电流表(量程0.5 a，内阻0.5 )；固定电阻r0(阻值1 000 )；滑动变阻器

10、r(阻值09.0 )；电源e(电动势5 v，内阻不计)；开关s；导线若干。(1)实验要求能够实现在03.8 v的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。答案(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率增大(选填“增大”“不变”或“减小”)。(3)用另一电源e0(电动势4 v，内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路图，调节滑动变阻器r的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关s，在r的变化范围内，小灯泡的最小功率为0.39 w，最大功率为1.17 w。(结果均保留2位小数)解

11、析(1)在额定电压下，小灯泡l的阻值rl 11.875 ，这个阻值较小，所以采用电流表外接法；由于电压表量程为3 v，小于额定电压3.8 v，所以将固定电阻r0与电压表串联来测小灯泡电压；要实现03.8 v的范围内的测量，滑动变阻器必须采用分压式接法，所以实验电路原理如图所示。(2)实验曲线上某点与原点连线的斜率的倒数表示小灯泡的电阻，所以随着电流的增加，小灯泡的电阻增大；由r可得，所以灯丝的电阻率增大。(3)当r9.0 时，小灯泡的实际功率最小，由闭合电路欧姆定律有e0i(rr)u，即410iu，在图中作出该直线如图(甲)所示，交点坐标约为i223 ma，u1.77 v，最小功率pminui

12、0.39 w；当r0时，小灯泡的实际功率最大，有eiru，即4iu，在图中作出该直线如图(乙)所示，交点坐标约为i318 ma，u3.69 v，小灯泡的最大功率pmaxui1.17 w。2年高考1年模拟2 nian gao kao 1 nian mo ni1(2020全国卷)某同学要研究一小灯泡l(3.6 v,0.30 a)的伏安特性，所用器材有：电流表a1(量程200 ma，内阻rg110.0 )、电流表a2(量程500 ma，内阻rg21.0 )、定值电阻r0(阻值r010.0 )、滑动变阻器r1(最大阻值10 )、电源e(电动势4.5 v，内阻很小)、开关s和若干导线。该同学设计的电路如

13、图(a)所示。(1)根据图(a)，在图(b)的实物图中画出连线。图(a)图(b)答案(2)若i1、i2分别为流过电流表a1和a2的电流，利用i1、i2、rg1和r0写出：小灯泡两端的电压ui1(rg1r0)，流过小灯泡的电流ii2i1。为保证小灯泡的安全，i1不能超过180 ma。(3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的i1和i2，所得实验数据在下表中给出。i1/ma325585125144173i2/ma171229299379424470根据实验数据可算得，当i1173 ma时，灯丝电阻r11.6 (保留1位小数)。(4)如果用另

14、一个电阻替代定值电阻r0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于8.0 (保留1位小数)。解析本题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的器材选择、电路连接、实验原理及数据处理。(1)连接电路时要注意各线不要交叉，连接电表时注意电表的正、负接线柱。(2)由电路图可知，电流表a1与定值电阻r0串联充当电压表使用，所以小灯泡两端的电压ui1(rg1r0)，流过小灯泡的电流ii2i1，为保证小灯泡的安全，小灯泡两端的电压不能超过3.6 v，故当小灯泡两端的电压为3.6 v时，流过电流表a1的电流i0.18 a180 ma。(3)当i1173 ma时，小灯泡的电阻r 11.6。(4

15、)电流表a1与定值电阻r0串联充当电压表使用，即流过电流表a1的电流为满偏电流200 ma时，电流表a1与定值电阻两端的电压不能小于3.6 v，则r010 8.0 。2(2019全国卷，23)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压u与温度t的关系，图中和为理想电压表；r为滑动变阻器，r0为定值电阻(阻值100 )；s为开关，e为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0 a时得到的某硅二极管u-t关系曲线。回答下列问题：图(a)图(b)(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 a，应调节滑

16、动变阻器r，使电压表的示数为u15.00 mv；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻变小(填“变大”或“变小”)，电压表示数增大(填“增大”或“减小”)，此时应将r的滑片向b(填“a”或“b”)端移动，以使示数仍为u1。(2)由图(b)可以看出u与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为2.8103 v/(保留2位有效数字)。解析(1)、是理想电压表，则r0与硅二极管串联，电流相等，r0两端电压u1ir050.0106100 v5.00103 v5.00 mv。由u-t图像知：控温炉内温度升高，u2变小，又i50.0 a不变，故硅二极管正向电阻

17、变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即滑片向b端移动。(2)由u-t图像的斜率可知： v/2.8103 v/。3(2020辽宁模拟)一探究小组要描绘一个标有“5 v2.5 w”小马达(电动机，线圈电阻恒定)的伏安特性曲线，马达两端的电压需要从零逐渐增加到5 v。现有下列器材：a电源(电动势6 v)b电压表(量程06 v)c电流表a1(量程03 a)d电流表a2(量程00.6 a)e滑动变阻器r1(最大阻值10 )f滑动变阻器r2(最大阻值200 )g开关和导线若干(1)实验中电流表应选d(填“c”或“d”)，滑动变阻器应选e(填“e”或“f”)。(2)请在图甲方框中画出完整的实验电路图。答案(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数大于0.5 v时马达才开始转动，该小组用所测数据描绘的伏安特性曲线如图乙所示，由图像