高考物理复习 实验八描绘小电珠的伏安特性曲线

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线

储备▼基础理论条分缕析有基冏本

基本要求，

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.理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线.

二、实验原理

用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U,/)

值，在。一/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.

三、实验器材

小电珠“3.8V0.3A\电压表“0〜3V〜15V”、电流表“0〜0.6A〜3A”、滑动变阻

器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔.

四、实验步骤

1.画出电路图(如实验原理图所示).

2.将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原

理图所示的电路.

3.测量与记录

移动滑动变阻器触头位置.，测出12组左右不同的电压值U和电流值/,并将测量数据

填入自己设计的表格中.

4.数据处理

(1)在坐标纸上以U为横轴，/为纵轴，建立直角坐标系.

(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点.

⑶将指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.

1无法规律

一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

—限流式接法分压式接法

电路图

1—----

负载R上电压的调节范围REwuWE0WUWE

R+Ro、

EEF

负载上电流的调节范围

RK十K(jK。5

二、两种接法的选择

1.限流式接法适合挖制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻

的电压.

2.要求电压从()开始逐渐增大，采取分压式接法.

三、误差分析

1.电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大.

2.测量时读数带来误差.

3.在坐标纸上描点、作图带来误差.

四、注意事项

1.本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法.

2.滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.

3.闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端.

4.加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压.

---------------------------------------------------考点明示典例感悟

考向n

电路设计和实验原理[学生用书P154]

典例1(2016・云南统测)在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表

内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧.实验中得到了多组数据,，通过描点连线在i-u

坐标系中得到了小电珠的伏安特性曲线如图甲所示.

(1)在虚线框中画出实验电路图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路.

乙丙

(2)根据图甲所示，可确定小电珠的功率P与(/2和P与I2的关系，卜.列示意图中合理的

是.

(3)将被测小电珠与定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路.电源电动势为6.0V,

内阻为1.0Q.若电路中的电流为0.40A,则定值电阻人所消耗的电功率为W.

［解析］(1)由题图甲中伏安特性曲线可知，滑动变阻器采用的是分压式接法；由于小电

珠电阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法.(2)随着电压或电流的增大，小电

珠的电阻增大，小电珠的电功率与电压或电流的关系分别为P=号或P=FR,所以P-U2

图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠电阻的倒数)应不断减小，P-I2图线上的点与原

点连线的斜率(表示小电珠的电阻)不断增大，D正确.(3)由小电珠的伏安特性曲线可知，电

流/=0.40A时，小也珠两端电压UL=4V,由欧姆定律可知，内电压U'=〃=0.4V,由闭

合电路欧姆定律可知定值电阻两端电压UR=E-UI-U，=1.6V,所以定值电阻消耗的电功

率。=以/=0.64\¥.

［答案］(1)电路图、实物图如图所示(2)D(3)0.64

考向2

_______电路连接与数据分析［学生用书P154］

典例2］(2015・高考福建卷)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实

验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接.

2.70左

2.40=一

2.10=

1.80=

150=

1.20=

0.90_=

0.60=

0.30=

//A

00.100.200.300.400.500.60丙

(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：

(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3V、内阻为IQ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).

［解析］(1)电流表示教要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图1所示.

(2)包流表示数为0.44A.

(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

£3

-E

最大，此时R牛=r=+r2U外=5=1.5V,即每只小电珠两端的

电1压为1.5V,通过图象可知每只小电珠的电流为/o=O.38A,〃=7■七4（只）；通过每只小电

珠的电流为/o,两端电压为U,根据闭合电路欧姆定律得：U+n/or=E,而U+4/°=3V,

U=-4/o+3V,如图2所示，图线的交点纵、横坐标分别为U^l.5V,/o^O.38A,P=UIo

=0.57W,。其=〃尸=0.57X4W=2.28W.

图2

I答案I⑴见解析图(2)0.44(3)42.28

评析▼创新实验J迁移拓展创新设计

［学生用书P1551)

本实验的创新改进之处主要集中在三点.：

1.数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理.

2.被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性.

3.实验目的变更：如探究元件的电阻随温度变化的规律.

范例

甲

(2016・石家庄模拟)为了探究某电阻兄在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示

的电路，其中A为内阻不计、量程为3mA的电流表，E为电动势为1.5V、内阻约为IQ

的电源，凡为滑动变阻器，&为电阻箱，S为单刀双掷开关.

⑴实验室中提供的滑动变阻器有两个：R八(。〜150Q),&(0〜500Q),本实验中滑动

变阻器凡应选用(选填“心”或“心”).

(2)完成下面实验步骤：

①调节温度，使R,的温度达到/1；

②将S拨向接点1,调节,使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表

的读数/;

③将S拨向接点2,调节，使电流表的读数仍为/,记下此时电阻箱的读数吊),

则当温度为t\时，电阻R尸；

④改变兄的温度，重复步骤②③，即可测得电阻尺的阻值随温度变化的规律.

(3)现测得电阻凡随温度/变化的图象如图乙所示.把该电阻与电动势为3.0V、内阻不

计的电源反，量程为3.0V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R?连成如图丙所示的

电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个

简单的“电阻温度计”.若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中

(选填“。、b”或“反c”)两点接入电压表.如果电阻箱阻值&=75Q,则电压

表刻度盘2.0V处对应的温度数值为________℃.

［解析I(I)由电源的也动势为1.5V,电流表量程为3mA可知，达到满偏时，电路总电

阻约为500Q,故滑动变阻器选择/?从

(2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1,调节滑动变阻器

记录电流表读数：然后将S拨向接点2,调节电阻箱使电流表读数仍为/,此时电阻箱

的读数即为待测电阻的阻值，即R尸Ro.

(3)由于电阻凡随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以

电压表与之并联，即电压表接在机。两点.根据题图乙中图象可得a=(100+/)Q,由串联

分压规律可得电压表示数为2.0V时，凡=1500,解得/=50(℃).

［答案］(1)/?«(2)②R③4Ro⑶氏c50

名师点评.本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，

只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决，解决创新实验，考生克服恐惧心理

很关键.

演练加物能曲［七A以练促学弥补短板

,［学生用书P155］)

在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑

片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是()

A.小电珠中灯丝已烧断

B.滑片接触不良

C.小电珠内部短路

D.滑动变阻器A端接触不良

解析：选C.由题图知，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中

不存在断点，故A错.若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错.若滑动变阻器A

端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，改D错.若小电珠内短路则小电球

两端电压为零，电压表指针不动，移动滑片时，只有电流表示数变化，故选C.

2.(2016・合肥模拟)为了测量一个“12V5W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了

以下器材：

电源：12V,内阻不计;

电流表：()〜0.6A,0〜3A,内阻可忽略；

电压表：0〜3V,0-15V,内阻很大；

滑动变阻器：阻值范围0〜20Q,允许最大电流1A：

开关一个，导线若干.

实验时要求加在电珠两端的电压可从0调到12V.

(1)将图甲中的实物图连接完整.

//A

司陷9

甲乙

⑵某位同学测得小电珠的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，小电珠电流强度大

小为0.4（）A,则此时加在它两端的电压为V,此时小电珠的实际功率为W.

解析：（1）由于要求电压从0开始调节，故滑动变悝器应采用分氐式接法.义闵电流表

内阻可忽略，则电流表采用内接法、外接法均可以，实物连接如图.

（2）由/-U图线得，当/=0.40A时，U=6.0V,故，卜电珠的实际功率为P=/U=2.4W.

答案：⑴见解析图（2）6.02.4

3.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3V,1.5W”的小电

珠两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：

A.直流电源3V（内阻可不计）

B.直流电流表。〜600mA（内阻约为0.5Q）

C.直流电压表。〜3V（内阻约3kQ）

D.滑动变阻器（100,1A）

E.滑动变阻器（1k。，300mA）

F.开关、导线若干

⑴本实验中滑动变阻器应选用（选填“D”或“E”）.

（2）下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图甲所示的坐

标纸上作出该小电珠的伏安特性曲线.

UN//A

00

0.50.17

1.00.3()

1.50.39

2.00.45

2.50.49

//A

(3)如图乙所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻徜为5。的定值电阻Ro串联，接在

电压恒定为4V的电路中,每个小灯泡的实际功率为W.

&I-®-

-1=1--------

---------u0--------------

乙

解析；(1)实验中需测量多组数据，滑动变阻器用分压式按法，为了调节方便，滑动变

阻器用阻值较小的，故选D.

(2)描点画图，如图所示

(3)设小灯泡两端的电压为U,电流为/,根据闭合电路欧姆定律得：Uo=U+2限,所

以U=-2R()/+Uo,代入数据得U=-10/+4,在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出

该直线，其交点(U,1)即为小灯泡的实际电压、电流值，可得小灯泡消耗的实际功率P=U/

=0.3W.

答案：(1)D(2)见解析图(3)0.3

4.(2015・商考浙江卷)图甲是小红同学在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验的实物

连接图.

甲

(1)根据图甲画出实验电路图；

(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示,

电流表量程为0.6A,电压表量程为3V.所示读数为:①、②、③、

④________.两组数据得到的电阻分别为和.

解析：(1)实脸电路图如图所示.

(2)电流表量程为0.6A,每一小格代表0.02A,读教时估读到精度的本位即可；电压表

量程为3V,每一小格代表0.1V,读数时估读到精度的下一位.读数分别为：①0.10A、②0.24

A、③2.00V、@0.27V.应用求电阻时，电流为0.10A时对应的电压为0.27V;电流

为0.24A时对应的电压为2.0()V,求得的两组数据对应的电阻分别为2.7Q和8.3O.

答案：⑴如解析图所示(2)0.10A0.24A2.00V

0.27V2.7(±0.l)Q8.3(±O.l)Q

5.要测绘一个标有“3V().6W”小电珠的伏安特性曲线，电珠两端的电压需要由零

逐渐增加到3V,并便于操作.已选用的器材有：

电池组(电动势为4.5V,内阻约IQ)；

电流表(量程为0〜25。mA,内阻约5。)；

电压表(量程为。〜3V,内阻约3kC)；

电键一个、导线若干.

⑴实验中所用的滑动变阻器应选下列中的［填字母代号).

A.滑动变阻器(最大阻值20Q,额定电流IA)

B.滑动变阻器(最大阻值1750Q,额定电流0.3A)

(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号).

⑶实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小电珠接到电动势为1.5V,

内阻为5。的电源两端，小电珠消耗的功率是W.

//A

解析：(1)测绘小电珠的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，所以控制电路邮

分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小、额定也流大的A.

(2)因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3V,故济动变阻器应采用分压接法.电珠的

U-p___________

电阻/?=万=15。，额定电流/=万=0.2A,由R=150<^/?A/?V=^15()(M)0,依据公式

法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B.

(3)在电珠的/-U图上作出电源的/-U图线，交点坐标即为这个电源给这个电珠供电

时的电压和电流，此时P^=/t/=0.10X1.0W=0.1W.

答案：(1)A(2)B(3)0.1

6.(2016•浙江宁波高三一模)在“测绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，实验器材如下：

待测小电珠(2.5V,0.5A)；

双量程电压表(中间接线柱3V、内阻约为3kQ,左边接线柱15V、内阻约15kG)；

双量程电流表(中间接线柱0.6A、内阻约为0.1250,右边接线柱3A、内阻约为0.025

Q)；

滑动变阻器(20Q,2A)；

电源(电动势约为3V,内阻未知)；

开关一个；

导线若干.

(I)甲同学连好的实物图如图I所示，乙同学检查时发现了多处错误，请指出(至少2处):