高考物理一輪 （考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密） 第4講實(shí)驗(yàn)六 描繪小燈泡的伏安特性曲線（含解析） 新人教版

第4講實(shí)驗(yàn)六描繪小燈泡的伏安特性曲線eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P135)注意事項(xiàng)1．電流表外接法：本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小燈泡燈絲的電阻值較小，因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法．2．滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接本實(shí)驗(yàn)要作出U-I圖線，要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓接法．3．保護(hù)元件安全：為保護(hù)元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于圖中的a端．加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓．誤差分析1．由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值．2．測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來誤差．3．在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來誤差．eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P135)熱點(diǎn)實(shí)物連線及數(shù)據(jù)處理【典例1】一實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備探究某種元件Q的伏安特性曲線，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖7－4－1甲所示的電路圖．請(qǐng)回答下列問題：圖7－4－1(1)請(qǐng)將圖乙中的實(shí)物連線按電路圖補(bǔ)充完整．(2)考慮電表內(nèi)阻的影響，該元件電阻的測(cè)量值________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實(shí)值．(3)閉合開關(guān)S，電流表、電壓表均有示數(shù)，但無論怎樣移動(dòng)變阻器滑片，總不能將電壓表的示數(shù)調(diào)為零．原因可能是圖中的________(填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”)處接觸不良．(4)實(shí)驗(yàn)測(cè)得表格中的7組數(shù)據(jù)．請(qǐng)?jiān)趫D7－4－2中的坐標(biāo)紙上作出該元件的I－U圖線．序號(hào)電壓/V電流/A10020.400.0230.800.0541.200.1251.600.2062.000.3172.400.44圖7－4－2(5)為了求元件Q在I－U圖線上某點(diǎn)的電阻，甲同學(xué)利用該點(diǎn)的坐標(biāo)I、U，由R＝eq\f(U,I)求得．乙同學(xué)作出該點(diǎn)的切線，求出切線的斜率k，由R＝eq\f(1,k)求得．其中________(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法正確．解析(1)由電路圖可知，電流表為外接法，滑動(dòng)變阻器為分壓式接法．(2)由電流表外接的特點(diǎn)可知，該元件的測(cè)量值小于其真實(shí)值．(3)當(dāng)圖中的f處接觸不良時(shí)，控制電路由分壓式變?yōu)橄蘖魇?，故無法將電壓表的示數(shù)調(diào)為零．(4)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，先描點(diǎn)，再利用平滑的曲線連接起來．(5)I－U圖線上切線(即斜率)可反映電阻的大小，但不能用來計(jì)算電阻的大小，而R＝eq\f(U,I)則可以用來計(jì)算電阻的大?。鸢?1)如圖所示(2)小于(3)f(4)如圖所示(5)甲實(shí)物連線的原則1．先串后并，接線到柱，注意量程和正負(fù)．2．對(duì)限流電路，只需用筆畫線代替導(dǎo)線，從電源正極開始，把電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、“伏安法”四部分依次串聯(lián)起來即可(注意電表的正負(fù)接線柱和量程，滑動(dòng)變阻器應(yīng)調(diào)到阻值最大處)．3．對(duì)分壓電路，應(yīng)該先把電源、開關(guān)和滑動(dòng)變阻器的全部電阻絲三部分用導(dǎo)線連接起來，然后在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端之中任選一個(gè)接頭，比較該接頭和滑動(dòng)觸頭兩點(diǎn)的電勢(shì)高低，根據(jù)“伏安法”部分電表正負(fù)接線柱的情況，將“伏安法”部分接入該兩點(diǎn)間．【變式跟蹤1】物理興趣小組的同學(xué)們從實(shí)驗(yàn)室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清．他們想測(cè)定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測(cè)出該燈泡的電阻約為2Ω，然后根據(jù)公式計(jì)算出該燈泡的額定電壓U＝eq\r(PR)＝eq\r(2×0.75)V＝1.22V．他們懷疑所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用下面可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，測(cè)量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來繪燈泡的U－I圖線，進(jìn)而分析燈泡的額定電壓．A．電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ)B．電流表A1(量程150mA，內(nèi)阻約2Ω)C．電流表A2(量程500mA，內(nèi)阻約0.6Ω)D．滑動(dòng)變阻器R1(0～20Ω)E．滑動(dòng)變阻器R2(0～100Ω)F．電源E(電動(dòng)勢(shì)4.0V，內(nèi)阻不計(jì))G．開關(guān)S和導(dǎo)線若干H．待測(cè)燈泡L(額定功率0.75W，額定電壓未知)(1)在下面所給的虛線框中畫出他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇________(填“A1”或“A2”)；滑動(dòng)變阻器選擇________(填“R1”或“R2”)．(2)在實(shí)驗(yàn)過程中，該同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當(dāng)電壓達(dá)到1.23V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到2.70V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮，便立即斷開開關(guān)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄在下邊表格中.次數(shù)1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310請(qǐng)你根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖7－4－3中作出燈泡的U－I圖線．圖7－4－3(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為________V；這一結(jié)果大于1.23V，其原因是______________________________________________________________．解析(1)根據(jù)P＝I2R，估算燈泡的電流大約是600mA，因此電流表應(yīng)選A2；本實(shí)驗(yàn)要描繪出燈泡的U－I圖線，需要測(cè)量多組數(shù)據(jù)，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)接成分壓式，所以應(yīng)選阻值較小的R1；小燈泡電阻不大，電流表應(yīng)外接；(2)如圖所示(3)由P＝UI＝0.75W，再結(jié)合圖象可知U額＝2.5V；大于1.23V的原因是由于燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻．答案(1)電路原理圖如圖所示A2R1(2)見解析圖(3)2.5(2.4～2.6)燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻(或燈泡電阻隨溫度升高而變大)eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P136)電路設(shè)計(jì)及電表的靈活選取【典例2】已知一個(gè)標(biāo)有圖7－4－4“2.4V，0.06A”字樣的電學(xué)元件的R－U特性如圖7－4－4所示．某同學(xué)想利用下列可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一個(gè)電路驗(yàn)證該元件的電阻R隨電壓U變化的圖象．可供選擇的器材有：電流表A1(量程100mA，內(nèi)阻約2Ω)；電流表A2(量程0.3A，內(nèi)阻約0.3Ω)；電壓表V1(量程1V，內(nèi)阻500Ω)；電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻1kΩ)；定值電阻R1(電阻為1kΩ)；定值電阻R2(電阻為10kΩ)；滑動(dòng)變阻器R0(0～10Ω，2A)；電池E(電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻很小)；導(dǎo)線若干和開關(guān)S一個(gè)．(1)利用實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量時(shí)，該同學(xué)為了提高準(zhǔn)確度，測(cè)量了多組數(shù)據(jù)．他在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表________，電壓表________，定值電阻________(填所選器材的符號(hào))．(2)在方框內(nèi)畫出該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)電路圖．(3)在實(shí)驗(yàn)過程中，元件正常工作時(shí)電壓表的示數(shù)應(yīng)為________V.解析分析R－U特性可知，該元件的最大電流為I＝eq\f(U,R)＝eq\f(2.4,40)A＝0.06A＝60mA，故應(yīng)選電流表A1；電壓最大值為2.4V，V1量程太小，而V2量程太大，將V1與定值電阻R1串聯(lián)，當(dāng)V1(內(nèi)阻500Ω)為1V時(shí)，R1兩端電壓為2V，二者串聯(lián)可等效為一個(gè)量程為3V的電壓表，滿足量程需求．電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器連接采用分壓法．Rmax<eq\r(RARV)，因此電流表采用外接法．元件正常工作時(shí)，兩端電壓為2.4V，URV1＝eq\f(RV1,RV1＋R1)U＝eq\f(U,3)＝0.8V.答案(1)A1V1R1(2)如解析圖所示(3)0.8預(yù)測(cè)高考命題視角以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)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(diǎn)．視角1實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法的遷移(如典例2)視角2圖象法處理數(shù)據(jù)及實(shí)物連線視角3實(shí)驗(yàn)儀器的選擇及控制電路的選擇eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P137)第4講實(shí)驗(yàn)六描繪小燈泡的伏安特性曲線1.一只小燈泡，標(biāo)有“3V，1.5W”的字樣．現(xiàn)要描繪小燈泡0～3V的伏安特性曲線．實(shí)驗(yàn)器材有：A．最大阻值為10Ω的滑動(dòng)變阻器B．電動(dòng)勢(shì)為6V、內(nèi)阻約為1.0Ω的電源C．量程為0.6A、內(nèi)阻約為1.0Ω的電流表A1D．量程為3A、內(nèi)阻約為0.1Ω的電流表A2E．量程為3V、內(nèi)阻約為6kΩ的電壓表V1F．量程為15V、內(nèi)阻約為10kΩ的電壓表V2G．開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)電壓表應(yīng)選用________；電流表應(yīng)選用________．(將選項(xiàng)代號(hào)的字母填在橫線上)(2)在該實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖所示的四個(gè)電路．為了減小誤差，應(yīng)選取的電路是________(將選項(xiàng)代號(hào)的字母填在橫線上)．(3)以下是該實(shí)驗(yàn)的操作步驟：A．將電流表、電壓表、變阻器、小燈泡、電源、開關(guān)正確連接成電路；B．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片的位置，保證閉合開關(guān)前使滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分的阻值最大；C．閉合開關(guān)，記下電壓表、電流表的一組示數(shù)(U1，I1)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，每移動(dòng)一次記下一組(U，I)值，共測(cè)出12組數(shù)據(jù)；D．按所測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)并將各點(diǎn)用直線段連接起來，得出小燈泡的伏安特性曲線．指出以上步驟中存在錯(cuò)誤或不妥之處并修改．解析(1)因?yàn)樾襞莸念~定電壓為3V，故電壓表選E；小燈泡的額定電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(1.5,3)A＝0.5A，故電流表選C.(2)小燈泡在額定電壓下的電阻R＝eq\f(U,I)＝6Ω，由于eq\f(RV,R)>eq\f(R,RA)，故電流表外接．描繪伏安特性曲線時(shí)，電壓從零開始，需用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，選C.答案(1)EC(2)C(3)步驟B不妥，閉合開關(guān)前應(yīng)使滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分的阻值為零；步驟D有錯(cuò)，應(yīng)為按所測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)并將各點(diǎn)用一條平滑的曲線連接起來．2．(·安徽卷，21Ⅱ)圖7－4－5為“測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5V.圖7－4－5(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：①閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，________；②閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)變阻器的滑片，________；③斷開開關(guān)，……根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線．(2)在虛線框中畫出與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖．解析(1)滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，故閉合開關(guān)前，燈泡兩端的電壓為零，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使它靠近滑動(dòng)變阻器左端的接線柱．閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓．(2)與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖如圖所示．答案(1)①使它靠近滑動(dòng)變阻器左端的接線柱②增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到其額定電壓(2)如解析圖所示3．有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V，2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I－U圖線，現(xiàn)有下列器材供選用：A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ)B．電壓表(0～15V，內(nèi)阻20kΩ)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻0.4Ω)D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻1Ω)E．滑動(dòng)變阻器(最大阻值為10Ω，允許最大電流為2A)F．滑動(dòng)變阻器(最大阻值為500Ω，允許最大電流為1A)G．學(xué)生電源(直流6V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖7－4－6甲而不選用圖乙所示的電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，其理由是：____________________________________________________________.(2)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(用序號(hào)字母表示)圖7－4－6解析(1)因?qū)嶒?yàn)?zāi)康氖敲枥L小燈泡的伏安特性曲線，需要多次改變小燈泡兩端的電壓，故采用甲圖所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零開始調(diào)節(jié)，且能方便地測(cè)多組數(shù)據(jù)．(2)因小燈泡額定電壓為4V，0～15V的量程太大，讀數(shù)誤差大，所以電壓表選0～5V的A；小燈泡的額定電流I＝0.5A，則電流表只能選D；滑動(dòng)變阻器F的最大阻值遠(yuǎn)大于小燈泡電阻8Ω，調(diào)節(jié)不方便，故應(yīng)選滑動(dòng)變阻器E；又因RVRA>Req\o\al(2,x)，所以電流表應(yīng)外接．答案(1)描繪燈泡的I－U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE4．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)除了有一個(gè)標(biāo)有“5V，2.5W”的小燈泡\，導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A．直流電源(電動(dòng)勢(shì)約為5V，內(nèi)阻可不計(jì))B．直流電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω)C．直流電流表(量程0～600mA，內(nèi)阻約為5Ω)D．直流電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)E．直流電壓表(量程0～5V，內(nèi)阻約為10kΩ)F．滑動(dòng)變阻器(最大阻值10Ω，允許通過的最大電流為2A)G．滑動(dòng)變阻器(最大阻值1kΩ，允許通過的最大電流為0.5A)實(shí)驗(yàn)要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能測(cè)多組數(shù)據(jù)．(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均用序號(hào)字母表示)．(2)請(qǐng)按要求將圖7－4－7中所示的器材連成實(shí)驗(yàn)電路．圖7－4－7(3)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)正確作出的小燈泡的伏安特性曲線如圖7－4－8所示．現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡接到如圖7－4－9所示的電路中，其中電源電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，定值電阻R＝9Ω，此時(shí)燈泡的實(shí)際功率為________W．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖7－4－8圖7－4－9解析(1)由燈泡標(biāo)識(shí)(5V，2.5W)知，I＝eq\f(P,U)＝0.5A，因此電流表選C，電壓表選E.由于電路接成分壓式，滑動(dòng)變阻器選F.(2)如圖所示(3)把定值電阻作為電源的內(nèi)阻，則該電源短路時(shí)的電流為Imax＝eq\f(E,R＋r)＝0.6A，在題圖中的U－I圖中，作出此電源的U－I圖線如圖中虛線所示兩圖線交點(diǎn)即表示該燈泡的實(shí)際工作點(diǎn)．由圖知U＝2.2V，I＝0.38A，所以P＝UI＝2.2×0.38W＝0.84W.答案(1)CEF(2)見解析圖(3)0.84(0.81～0.87)皆可5．(·四川卷，22(2))某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：小燈泡L，規(guī)格“4.0V，0.7A”；電流表A1，量程3A，內(nèi)阻約為0.1Ω；電流表A2，量程0.6A，內(nèi)阻r2＝0.2Ω；電壓表V，量程3V，內(nèi)阻rV＝9