2018年高考物理复习第七章 恒定电流 实验九 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[基本要求][数据处理]1.在坐标纸上以U为横轴，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.(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.[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、作图带来误差.[注意事项]1.电流表外接法：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连接：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式接法.3.保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端.加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压.考向1 对实验原理和器材选择的考查[典例1] 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I­U图线，现有下列器材供选用：A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)B.电压表(0～15 V ，内阻20 k Ω)C.电流表(0～3 A ，内阻0.4 Ω)D.电流表(0～0.6 A ，内阻1.0 Ω)E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________.甲 乙图1(2)实验中所用电压表应选用 ，电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 .(用序号字母表示)(3)把图2中所示的实验器材按图1用笔画线代替导线连接成实物电路图.图2[解析] (1)由于测量数据要从零开始，故采用题图甲所示的分压式电路，且能方便地多测几组数据.(2)因小电珠额定电压为4 V ，则电压表选量程为0～5 V 的电压表.小灯泡的额定电流为I ＝P U ＝24A ＝0.5 A ，则电流表选D.滑动变阻器应选最大阻值较小的E ，这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化，从而减小读数误差.(3)按图1甲连接实物电路，如图所示.[答案] (1)描绘小电珠的I ­U 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A DE (3)见解析图本实验的四点注意事项(1)因被测小电珠的电阻较小，实验电路必须采用电流表外接法.(2)在实验过程中，由于小电珠两端的电压要从零开始增大，一直增大到小电珠的额定电压，所以滑动变阻器应采用分压式接法.(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头应移到一端，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片的位置，使小电珠两端的电压从零开始逐渐增大.调节滑片时电压表的示数不要超过小电珠的额定电压.(4)画I­U图象时，要用平滑的曲线连接各点，不要画成折线，个别偏离较远的点应该舍弃.考向2 对数据处理和误差的考查[典例2] (2017·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(2.5 V,0.5 A)；双量程电压表(中间接线柱3 V、内阻约为3 kΩ，右边接线柱15 V、内阻约为15 kΩ)；双量程电流表(中间接线柱0.6 A、内阻约为0.125 Ω，右边接线柱3 A、内阻约为0.025 Ω)；滑动变阻器(20 Ω，2 A)；电源(电动势约为3 V，内阻未知)；开关一个，导线若干.(1)甲同学连好的实物图如图1所示，乙同学检查时发现了多处错误，请指出(至少两处)：__________________.图1(2)两同学改正错误后，测出如下表所示的7组I、U数据，请你在图2的坐标纸上建立I­U坐标系，标出坐标点，绘出小电珠的伏安特性曲线.图2(3)根据绘出的小电珠的伏安特性曲线，该小电珠在电压为 1.8 V 时的实际电阻为 Ω.(结果保留三位有效数字)(4)关于本实验的系统误差，下列判断正确的是 . A.系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越大 B.系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越大 C.系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误差越大 D.系统误差主要是由电表读数时的估读引起的，电压越大误差越大[解析] (1)本实验要求电压和电流从零开始调节，滑动变阻器应该用分压接法；电源的电动势约为3 V ，电压表应该选择3 V 的量程；小电珠的电阻比较小，电流表应该用外接法.(3)根据所画的I ­U 图象，当小电珠电压为1.8 V 时，流过小电珠的电流约为0.17 A ，小电珠的电阻R ＝U I＝10.6 Ω.(4)本实验的系统误差主要是由电流表外接，电压表分流造成的，选项A 正确. [答案] (1)①滑动变阻器接法错误，应该接成分压式；②电压表量程错误，应选3 V 的量程；③电流表位置接错，应选外接法(2)如图所示(3)10.6(10.4～10.7皆可) (4) A本实验误差的主要来源(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产生误差. (2)电流表、电压表读数时会产生误差. (3)描点、作图及对图象处理时会产生误差. 考向3 实验创新与改进1.描绘其他元件的伏安特性曲线.2.利用导体的伏安特性曲线和电源的U ­I (或I ­U )图线计算电功率.3.以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系.[典例3] 要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V ，并便于操作，已选用的器材有：电池组(电动势为4.5 V ，内阻约1 Ω)； 电流表(量程为0～250 mA ，内阻约5 Ω)； 电压表(量程为0～3 V ，内阻约3 k Ω)； 开关一个、导线若干.(1)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20 Ω，额定电流1 A) B.滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号).A BC D(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V 、内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是 W.[解析] (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线，要求能较大范围测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的A.(2)灯泡的电阻R ＝U 2P ＝15 Ω，额定电流I ＝P U＝0.2 A ，由R ＝15 Ω<R A R V ＝15 000 Ω，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)在灯泡的I ­U 图象上作出电源的I ­U 图线，交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压，此时P 灯＝IU ＝0.1×1 W＝0.1 W.[答案] (1)A (2)B (3)0.1[典例4] 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”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 坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示.甲(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路.(2)根据图甲所示，可确定小灯泡的功率P 与U 2和P 与I 2的关系，下列示意图中合理的是 .A B C D[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；由于小灯泡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，小灯泡的电阻增大，小灯泡的电功率与电压或电流的关系分别为P ＝U 2R或P ＝I 2R ，所以P ­U 2图线上的点与原点连线的斜率(表示小灯泡电阻的倒数)应不断减小，P­I2图线上的点与原点连线的斜率(表示小灯泡的电阻)不断增大，D正确.[答案] (1)电路图、实物图分别如图1、2所示(2)D图1 图2。

恒定电流之物理实验题描绘小电珠的伏安特性曲线一、实验目的1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法。

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，U－I图象是一条直线；如果电阻的阻值是变化的，U－I图象不再是一条直线。

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U－I图象。

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U－I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U－I图象。

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：①安全；②精确；③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电流。

干电池中电流一般不允许超过0.6A。

(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U－I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。

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实验9 测绘小灯泡的伏安特性曲线1．实验原理(1)测多组小灯泡的U、I的值,并绘出I。

U图象;(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．2．实验器材小灯泡“3.8 V0.3 A”、电压表“0~3V~15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．3．实验步骤（1）画出电路图(如实验原理图1)．图1（2)将小灯泡、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2所示的电路．图2(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I，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,I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．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．4．实验器材选取（1）原则：①安全；②精确；③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电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的错误!以上．⑤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的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器．5．注意事项（1)电路的连接方式：①电流表应采用外接法:因为小灯泡（3.8 V, 0.3 A ）的电阻很小,与量程为0.6 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：目的是使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化．(2）闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压能从零开始变化，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．(3）I­U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U＝1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差．1．电流表内接法与外接法的比较电流表内接法电流表外接法电路图误差原因电流表分压U测＝U x＋U A电压表分流I测＝I x＋I V电阻测量值R测＝错误!＝R x＋R A＞R x测量值大于真实值R测＝U测I测＝错误!＜R x测量值小于真实值适用条件R A≪R x R V≫R x2．电流表内接法与外接法的选择（1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若R x较小，宜采用电流表外接法;若R x较大,宜采用电流表内接法．(2)临界值计算法R x＜RV RA时,用电流表外接法；R x＞错误!时，用电流表内接法．（3)实验试探法：按图3接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．图33．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较两种接法的电路图负载R上电压的调节范围错误!≤U≤E0≤U≤E负载R上电流的调节范围错误!≤I≤错误!0≤I≤错误!（1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)．(2）分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)．5．常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流,然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．（1)0～3 V的电压表和 0～3 A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0。

描绘小灯泡的伏安特性曲线课后练习(1)1．在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，可以同时测定小灯泡的功率和电阻。

(1)测得的小灯泡的功率与实际的功率相比较，测量功率( )A．总偏大B．总偏小C．无误差D．都有可能(2)小灯泡的电阻的测量值与实际值相比较( )A．偏大B．偏小C．有时偏大，有时偏小D．都有可能2．（1）为研究某一电学元件的导电规律，将该元件两端的电压、元件中的电流及（填“金属”或“半导体”）．3．某电阻额定电压为3V（阻值大约为10Ω）。

为测量其阻值，实验室提供了下列可选用的器材：A：电流表A1（量程300mA，内阻约1Ω）B：电流表A2（量程0.6A，内阻约0.3Ω）C：电压表V1（量程3.0V，内阻约3kΩ）D：电压表V2（量程5.0V，内阻约5kΩ）E：滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω）F：滑动变阻器R2（最大阻值为1kΩ）G：电源E（电动势4V，内阻可忽略）H：电键、导线若干。

（1）为了尽可能提高测量准确度，应选择的器材为（只需添器材前面的字母即可）：电流表_______，电压表_________，滑动变阻器________。

（2）画出该实验电路图。

4．在描述小电珠的伏安特属性曲线的实验中，为了减少实验误差,电流表采用_________(填“外接法”或“内接法”).滑动变阻器以______________(填“分压式”或“限流式”)方式接入电路,这样做的好处是可以使小电珠两端的电压可以从______开始调节.5．要描绘标有“4.0V，0.4A”小灯泡L的伏安特性曲线，实验室中有以下一些器材可供选择：电源：E1(电动势为2.0V，内阻为0.2Ω)；E2(电动势为4.5V，内阻为0.02Ω)电压表：V1(量程5V，内阻为5kΩ)；V2(量程15V，内阻为15kΩ)电流表：A1(量程100mA，内阻约2Ω)； A2(量程0.6A，内阻约0.3Ω)滑动变阻器：R1(可调范围 0～10Ω，允许通过最大电流5A)；R2(可调范围 0～5kΩ，允许通过最大电流0.1A)导线，开关若干．(1)为了调节方便，准确描绘伏安特性曲线，实验中应该选用电源_____，电压表_____，电流表_____，滑动变阻器_____(填器材的符号)．(2)在满足(1)的情况下，画出实验中所需的电路原理图(标明所选仪器的符号)．6．在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，滑动变阻器应使用_____连接方式(填“分压式”“限流式”)；在“测量干电池电动势和内阻”的实验中，滑动变阻器应选阻值_____(填“大的”“小的”)7．某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，他所用的器材有：小灯泡、220V交流电源、电流表、电压表、滑动变阻器、导线若干、开关、坐标纸、铅笔．其中不能使用的器材是_____，它应改为_____8．有一只小灯泡，额定电压为6V，额定功率约为3W，请用下列器材测定小灯泡的额定功率：电流表A：量程0～0.6A、内阻约为0.5Ω电压表V：量程0～3V、内阻R V=5kΩ滑动变阻器R：阻值范围0～20Ω、额定电流为1A定值电阻R0：阻值R0=10kΩ电源E：电动势约为10V、内阻很小开关S一个，导线若干(1)请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的实验电路图(标注所用器材的符号)；(2)实验中，电压表的示数应调为_____V，若此时电流表示数为 0.48A，则小灯泡的额定功率为_____W．9．下列有关电学实验的说法中，正确的是_____(填选项字母)A．在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”实验中，用恒定电流场模拟静电场B．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，电流表采用内接法，滑动变阻器采用限流式接法C．在“测定金属的电阻率”实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，为减小误差，多次测量求平均值D．在使用多用电表欧姆档测未知电阻时，不必每次换档都进行欧姆档调零10．现有一只额定电压为2.5V额定功率为0.50W的小灯泡，欲通过实验较准确地描绘小灯泡的伏安特性曲线，要求小灯泡两端电压在0～2.5V内可调，提供如下器材：A．2.5V，0.50W小灯泡B．电压表0-3V，内阻10kΩC．电流表0-0.3A，内阻2ΩD．电流表0-10mA，内阻50ΩE．滑动变阻器2000Ω，0.1AF．滑动变阻器10Ω，1.0AG．蓄电池4VH．电键S，导线若干(1)选出实验所需要的器材_____(用序号表示)参考答案：1．答案： (1)A (2)B解析：此实验电路为电流表外接，根据P＝UI，电流I测＞I真，所以P测＞P真。