高中物理实验方案感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！描绘小电珠的伏安特性曲线实验溯本求源│实验热点探究│课时巩固训练│教师备用习题实验溯本求源一、实验目的1.测绘小灯泡的伏安特性曲线.2.分析伏安特性曲线的变化规律.二、实验原理1.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,记下多组(U,I)值,在I-U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.电流表采用外接法,因为小灯泡的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用分压式接法,使电压能从零开始连续变化.实验溯本求源三、实验器材小灯泡[(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)]一个、电压表与电流表各一个、滑动变阻器一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸.四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,电流表采用外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按如图S9-1所示的原理图连接好实验电路.图S9-1实验溯本求源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,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S.4.拆除电路,整理仪器.五、注意事项1.闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得的电压为0的一端,从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化,同时,也为了防止开关刚闭合时小灯泡因两端电压过大而被烧坏.实验溯本求源2.I-U图线在U=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右要多测几组数据,以防出现很大误差.3.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线.4.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.实验热点探究热点一实验原理与实验操作例1 为描绘小灯泡的伏安特性曲线,选用小灯泡额定值为“3.0 V,1.2 W”,实验中有仪器:电流表、电压表、开关、滑动变阻器、坐标纸、导线.(1)为使加在小灯泡两端的电压从零开始,能在较大的范围内调节,滑动变阻器应采用(选填“分压式”或“限流式”)接法.请在虚线框中画出电路图.(2)请根据你画的电路图,把图S9-2中的实验器材连成符合要求的实验电路.图S9-2实验热点探究(3)为使读数误差尽可能小,电压表的量程应选用V,电流表的量程应选用A,为保证实验安全,测量范围不能超过V和A.实验热点探究[答案] (1)分压式如图甲所示(2)如图乙所示(3)0~30~0.630.4实验热点探究[解析] (1)电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,小灯泡电阻远小于电压表内阻,所以电流表应采用外接法,实验原理图如图甲所示.(2)根据电路图,把图中的实验器材连成符合要求的实验电路,如图乙所示.(3)选用小灯泡额定值为“3.0 V,1.2 W”,额定电压U=3 V,所以电压表的量程应选用0~3 V,额定电流I=0.4 A,所以电流表的量程应选用0~0.6 A,为保证实验安全,测量范围不能超过3 V和0.4 A.实验热点探究变式题[2016·天津卷]某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整.可供该同学选用的器材除了开关、导线外,还有:电压表V(量程0~3 V,内阻等于3 kΩ);1电压表V(量程0~15 V,内阻等于15 kΩ);2电流表A(量程0~200 mA,内阻等于10 Ω);1电流表A(量程0~3 A,内阻等于0.1 Ω);2滑动变阻器R(0~10 Ω,额定电流2 A);1滑动变阻器R(0~1 kΩ,额定电流0.5 A);2定值电阻R(阻值等于1 Ω);3实验热点探究定值电阻R4(阻值等于10 Ω);定值电阻R5(阻值等于1 kΩ);电源E(E=6 V,内阻不计).(1)请在虚线框中画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.(2)该同学描绘出的I-U图像应是图S9-3中的(填选项字母).图S9-3实验热点探究[答案] (1)如图所示(2)B实验热点探究[解析] (1)电压表V1和定值电阻R5串联,可改装成量程为0~4 V的电压表,电流表A1与定值电阻R4并联,可改装成量程为0~0.4 A的电流表,待测小灯泡的电阻很小,故电流表采用外接法.(2)小灯泡的电阻随着温度的升高而变大,所以B正确.实验热点探究热点二数据处理与误差分析例2[2017·全国卷Ⅰ]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V(量程3 V,内阻3 kΩ);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 Ω);固定电阻R(阻值1000 Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0 Ω);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0~3.8 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.(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图S9-4甲所示.实验热点探究甲图S9-4乙实验热点探究由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(选填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(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 Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路图,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W,最大功率为W.(结果均保留2位小数)实验热点探究[答案](1)如图所示(2)增大增大(3)0.391.17实验热点探究[解析] (1)电压从0开始调节,滑动变阻器应使用分压式接法,电压表的量程小于灯泡的额定电压,需要串联电阻改装,因为灯泡电阻远小于改装电压表的总电阻,所以电流表采用外接法.(2)由小灯泡伏安特性曲线可知,随着电流的增加,U也增I 加,则小灯泡的电阻增大,由R=ρL,灯丝的电阻率增大.(3)I以mA为单位,当滑动S变阻器R=0时,灯泡两端的电压U=E0-Ir=4-I,此时灯泡的功率最大,在小灯泡1000伏安特性曲线中作I=4000-1000U图线,找出交点的横、纵坐标,则小灯泡最大功率P=1.17 W;同理可知当滑动变阻器R=9 Ω时,小灯泡的最小功率P=0.39 W.实验热点探究变式题小华和小明在“描绘小灯泡的U-I 图线”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0~10 Ω、额定电流为3 A)B .滑动变阻器(阻值范围0~2000 Ω、额定电流为1 A)实验中选择的滑动变阻器是(填选项前的字母).(2)用笔画线代替导线,将图S9-5甲中的实物图连接完整.电压U/V 0.000.200.400.701.001.301.702.102.50电流I/A 0.000.140.240.260.370.400.430.450.46实验热点探究(3)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至(选填“左”或“右”)端.(4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图线.图S9-5实验热点探究(5)他们在U-I图像上找到小灯泡工作电压为2.0 V时的坐标点,计算此状态的电阻值时,小明提出用图像上该点切线斜率表示小灯泡的阻值,小华提出用该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值.你认为(选填“小华”或“小明”)的方法正确.实验热点探究[答案](1)A(2)如图甲所示(3)左(4)如图乙所示(5)小华实验热点探究[解析] (1)滑动变阻器采用分压式接法,选择阻值范围为0~10 Ω的.(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.实物连线图如图甲所示.(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端.(4)小灯泡的U-I图线如图乙所示.(5)根据欧姆定律知R=U,电阻I的大小为该点与坐标原点连线的斜率,故小华的方法正确.实验热点探究■要点总结(1)在描点时,一是不要忘了(0,0)这个点,二是连线时用平滑的曲线连接,较远的点舍去,三是理解好曲线上的点与坐标原点连线的斜率的意义,如果是U-I图线,则斜率表示电阻,如果是I-U图线,则斜率表示电阻的倒数.(2)电源与小灯泡的伏安特性曲线结合问题:电源对电路中小灯泡供电,显然路端电压与电路中电流满足关系U=E-Ir,整理可得I=Er -Ur,即可作出对应的I-U图线.同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线,两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律,又满足小灯泡的伏安特性曲线特点,即为所求的电流与电压值.热点三同类实验拓展与创新实验热点探究例3 硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如图S9-6甲所示的电路,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反向电压与电流的关系.图中电压表V1的量程选用0~3 V,内阻为6.0 kΩ;电压表V2量程选用0~15 V,内阻约为30 kΩ;R为保护电阻;直流电源电动势E约为12 V,内阻不计.(1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.实验热点探究图S9-6实验热点探究(2)用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R ,读出电压表V 1、V 2的示数U 1、U 2.①某次测量时,电压表V 1示数如图丙所示,则U 1=V ,可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA .(保留两位小数)②该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U 1、U 2数据,算出相应的硅光电池两端反向电压U x 和通过的反向电流I x (表中“-”表示反向),并在图S9-7的坐标纸上建立U x -I x 坐标系,请绘出U x -I x 图线.实验热点探究次数123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7U x/V0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0I x/mA0.000.00-0.01-0.02-0.04-0.07-0.12-0.19-0.29图S9-7③由U-I x图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,U x与I x成(选填“线性”x或“非线性”)关系.实验热点探究[答案] (1)如图所示(2)①1.400.23②图略③非线性实验热点探究[解析] (2)①由图丙知U1=1.40 V,而I=U1=0.23 mA.R V1②依表格数据进行描点,可绘出U x-I x图像.③由绘出的U x-I x图像是曲线可知U x与I x是非线性关系.课时巩固训练1.有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线.除小灯泡、电源、开关、导线外,还有下列器材供选用:A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ);B.电压表(0~10 V,内阻20 kΩ);C.电流表(0~0.3 A,内阻1 Ω);D.电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω);E.滑动变阻器(5 Ω,1 A);F.滑动变阻器(500 Ω,0.2 A).课时巩固训练(1)实验中电压表应选用,电流表应选用.为使实验误差尽量减小,要求电压表示数从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用.(均填器材前的字母)(2)请在图S9-8中把相应的实物图补充完整.图S9-8课时巩固训练[答案] (1)A D E(2)如图所示课时巩固训练[解析] (1)根据小灯泡的额定电压为4 V,可知电压表应选A;由于小灯泡的额定电流为I=2A=0.5 A,可知电流表应选D;由于采用分压式接法时,滑动变阻器的4最大电阻越小越方便调节,所以滑动变阻器应选E.(2)在“用伏安法描绘灯泡的U-I图线”的实验中,电压要从零开始变化,并要多测几组数据,故只能采用滑动变阻器分压接法,由于灯泡电阻远小于电压表内阻,所以电流表采用外接法,实物图如图所示.课时巩固训练2.某实验小组欲测定一只小灯泡(其额定功率为0.75 W, 但额定电压已经模糊不清)的额定电压值,实验过程如下:他们先用多用电表的欧姆挡测出小灯泡的电阻约为2 Ω,然后根据公式算出小灯泡的额定电压U=PR≈1.22 V.但他们认为这样求得的额定电压值不准确,于是他们利用实验室中的器材设计了一个实验电路,进行进一步测量.他们选择的实验器材有:课时巩固训练A.电压表V(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ);B.电流表A1(量程0~150 mA,内阻约为2 Ω);C.电流表A2(量程0~500 mA,内阻约为0.6 Ω);D.滑动变阻器R1(0~20 Ω);E.滑动变阻器R2(0~50 Ω);F.电源E(电动势为4.0 V,内阻不计);G.开关S和导线若干.(1)测量过程中他们发现,当电压达到1.23 V时,灯泡亮度很弱,继续缓慢地增加电压,当电压达到2.70 V时,发现灯泡已过亮,立即断开开关,所有测量数据见下表:课时巩固训练请你根据表中数据,在图S9-9给出的坐标纸上作出U-I 图线,从中可得小灯泡的额定电压应为V (结果保留两位有效数字).这一结果大于实验前的计算结果,原因是.次数1234567U/V 0.200.601.001.401.802.202.70I/mA 80155195227255279310图S9-9课时巩固训练(2)从表中的实验数据可以知道,他们在实验时所选择的电路应为图S9-10中的(填选项字母),电流表应选(填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”).图S9-10课时巩固训练[答案] (1)如图所示2.5灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)(2)C A2R1课时巩固训练[解析] (1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出图像如图所示.由图像可知,电压U=2.5 V时,电流I=0.3 A,灯泡功率P=UI=2.5×0.3 W=0.75 W,等于灯泡额定功率,则灯泡额定电压为2.5 V.由于灯泡电阻受温度影响,随温度升高而增大,因此灯泡额定电压大于计算结果.课时巩固训练(2)描绘灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,灯泡正常发光时的电阻约为R=UI =2.50.3Ω≈8.33 Ω,电压表内阻约为3 kΩ,电流表内阻约为0.6 Ω,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表采用外接法,应选择图C所示电路图;由表中实验数据可知,电流的最大测量值为310 mA,电流表应选择A2,为方便实验操作,滑动变阻器应选择R1.课时巩固训练3.[2018·北京八中模拟]“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V,额定功率为0.5 W,实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选择:A.直流电源(3 V,内阻不计);B.直流电流表(0~300 mA,内阻约为5 Ω);C.直流电流表(0~3 A,内阻约为0.025 Ω);D.直流电压表(0~3 V,内阻约为3.0 kΩ);E.滑动变阻器(100 Ω,0.5 A);F.滑动变阻器(10 Ω,2 A).实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.课时巩固训练(1)实验中电流表应选用,滑动变阻器应选用.(均填器材前的选项字母)(2)实验应选择的电路图是图S9-11中的(填选项字母).图S9-11课时巩固训练(3)图S9-12甲是此实验的实物图,图中已连接了部分导线.请根据在上问中所选的电路图,补充完整实物间的连线.(4)开关S闭合之前,图S9-12甲中滑动变阻器的滑片应该置于(选填“左端”“右端”或“正中间”).(5)根据实验数据,画出小灯泡I-U图线如图乙所示.由此可知,当电压为0.5 V时,小灯图S9-12泡的灯丝电阻是Ω.课时巩固训练(6)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的二次方U2变化的图像,图S9-13所给出的图像中可能正确的是(填选项字母).图S9-13课时巩固训练[答案] (1)B F(2)A(3)如图所示(4)左端(5)5.5(6)AC课时巩固训练4.[2018·茂名一模]现要用伏安法描绘一只标称值为“2.5 V,0.6 W”的小灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:A.电压表(0~3 V,内阻为3 kΩ;0~15 V,内阻为10 kΩ);B.电流表(0~0.6 A,内阻为0.5 Ω;0~3 A,内阻为0.1 Ω);C.滑动变阻器(10 Ω,2 A);D.滑动变阻器(100 Ω,1 A);E.蓄电池(电动势为6 V,内阻不计).F.开关,导线.课时巩固训练(1)为了减小测量误差,图S9-14甲中的S1应接(选填“M”或“N”)处,滑动变阻器应选用(填器材前的选项字母).图S9-14课时巩固训练(2)根据电路图,用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图.(3)开关S闭合之前,滑动变阻器的滑片应该置于(选填“A端”“B端”或“AB正中间”).闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表示数变化明显,但电流表示数始终为0,则电路故障为.课时巩固训练[答案] (1)M C(2)如图所示(3)A端小灯泡断路。
