實(shí)驗(yàn)探究描繪小燈泡的伏安特性曲線

實(shí)驗(yàn)探究描繪小燈泡的伏安特性曲線第1頁(yè)/共41頁(yè)一、基礎(chǔ)知識(shí)1.基礎(chǔ)知識(shí)第2頁(yè)/共41頁(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.描繪小電珠的伏安特性曲線．2.分析伏安特性曲線的變化規(guī)律．1.實(shí)驗(yàn)原理用電流表測(cè)出流過(guò)小電珠的電流，用電壓表測(cè)出小電珠兩端的電壓，測(cè)出多組(U，I)值，在U－I坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來(lái)．2.電路設(shè)計(jì)(1)電流表外接：因?yàn)樾‰娭榈碾娮韬苄。绻娏鞅韮?nèi)接，誤差明顯較大．(2)滑動(dòng)變阻器采用分壓式：使電壓能從零開(kāi)始連續(xù)變化．實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)八描繪小電珠的伏安特性曲線

第3頁(yè)/共41頁(yè)00.20.40.60.81.01.21.62.02.42.83.23.63.8第4頁(yè)/共41頁(yè)誤差分析1．由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無(wú)窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)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(lái)誤差．3．在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差.第5頁(yè)/共41頁(yè)

儀器的選擇(1)電表的選擇：先估算電流或電壓值，在選擇電流表或電壓表時(shí)，應(yīng)使指針達(dá)到半偏以上．(2)滑動(dòng)變阻器的選擇：實(shí)驗(yàn)電路若采用限流式接法，一般選用阻值適當(dāng)大一些的滑動(dòng)變阻器，但不可過(guò)大；實(shí)驗(yàn)電路若采用分壓式接法，應(yīng)選擇阻值小一些的滑動(dòng)變阻器，以便于調(diào)節(jié)，但要注意其額定電壓和額定電流值．(3)電源的選擇：綜合考慮小電珠、電壓表、電流表的量程以及滑動(dòng)變阻器的阻值，保證能為實(shí)驗(yàn)提供合適的電流或電壓．第6頁(yè)/共41頁(yè)二、典例剖析2.典例剖析第7頁(yè)/共41頁(yè)熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理的理解和電路的連接【例1】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1.0Ω)E．滑動(dòng)變阻器(10Ω，2A)F．滑動(dòng)變阻器(500Ω，1A)G．學(xué)生電源(直流6V)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖甲而不選用圖乙的電路圖來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)說(shuō)明理由：____________________________________。(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)描繪燈泡的I－U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開(kāi)始，并要多取幾組數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)要從零開(kāi)始ADE第8頁(yè)/共41頁(yè)解析

(1)由于測(cè)量數(shù)據(jù)要從零開(kāi)始，故采用題圖甲所示的分壓式電路，且能方便地多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。(2)因小燈泡額定電壓為4V，則電壓表選量程為0～5V的電壓表。小燈泡的額定電流為I＝P/U＝2/4A＝0.5A，則電流表選D。滑動(dòng)變阻器應(yīng)選最大阻值較小的E，這樣在實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)滑片時(shí)能使電路中的電流和電壓有明顯的變化，從而減小讀數(shù)誤差。(3)連接實(shí)物電路如圖所示。答案

(1)描繪燈泡的I－U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開(kāi)始，并要多取幾組數(shù)據(jù)

(2)A

D

E

(3)見(jiàn)解析圖解析顯隱(3)把圖中所示的實(shí)驗(yàn)器材用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線連接成實(shí)物電路圖。注意實(shí)物聯(lián)線的規(guī)范順序！第9頁(yè)/共41頁(yè)實(shí)驗(yàn)中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)規(guī)律方法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(kāi)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(guò)其額定電壓．4.繪圖：

I－U圖線在U0＝1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差．第10頁(yè)/共41頁(yè)實(shí)物連線的原則規(guī)律方法1．先串后并，接線到柱，注意量程和正負(fù)．2．對(duì)限流電路，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，從電源正極開(kāi)始，把電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、“伏安法”四部分依次串聯(lián)起來(lái)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(kāi)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(lái)，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．第11頁(yè)/共41頁(yè)【變式訓(xùn)練1】(2016·江西上饒中學(xué)一模)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中,除標(biāo)有“6V、1.5W”的小燈泡、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外,還有:A.直流電源6V(內(nèi)阻不計(jì))B.直流電流表0～

3A(內(nèi)阻0.1Ω以下)C.直流電流表0～300mA(內(nèi)阻約為5Ω)D.直流電壓表0～15V(內(nèi)阻約為15kΩ)E.滑動(dòng)變阻器“10Ω

2A”F.滑動(dòng)變阻器“1kΩ

0.5A”實(shí)驗(yàn)要求小燈泡兩端的電壓從零開(kāi)始變化并能多測(cè)幾次。(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________。(均用序號(hào)表示)(2)試按要求在虛線方框甲中畫(huà)出電路圖.(3)根據(jù)電路圖將圖乙中所示器材連成實(shí)驗(yàn)電路。CE甲注意電表接線柱選用！轉(zhuǎn)解析第12頁(yè)/共41頁(yè)解析

(1)小燈泡的額定電流為0.25A，估算其電阻為24Ω，故為精確測(cè)量，電流表選C；為方便調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器選E。(2)小燈泡內(nèi)阻較小，故電流表采用外接法，滑動(dòng)變阻器電阻相對(duì)燈泡較小，小燈泡兩端的電壓又要從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器選用分壓式接法。(3)實(shí)物圖連接可以根據(jù)分壓式接法先把滑動(dòng)變阻器下面兩個(gè)接線柱直接連在電源和開(kāi)關(guān)兩端，再考慮小燈泡和電流表串聯(lián)的一端接在滑動(dòng)變阻器的上接線柱上，另一端接在開(kāi)關(guān)離電源遠(yuǎn)的那個(gè)接線柱上，最后連接電壓表。(要注意電流進(jìn)出電表必須正進(jìn)負(fù)出)答案

(1)CE

(2)如圖所示

(3)如圖所示轉(zhuǎn)原題第13頁(yè)/共41頁(yè)熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析【例2】[2015·福建理綜,19(2)]某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小,實(shí)驗(yàn)器材如圖甲所示,現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接。①實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過(guò)程中，電流表的示數(shù)從零開(kāi)始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；②某次測(cè)量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_(kāi)_______A；審題設(shè)疑1、小燈泡的電阻很小,可采用電流表什么接法？2、即要求小燈泡兩端電壓可從0逐漸增大到額定電壓,滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用什么接法?3、注意連線順序.0.44第14頁(yè)/共41頁(yè)③該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示,根據(jù)圖線判斷,將________只相同的小電珠并聯(lián)后,直接與電動(dòng)勢(shì)為3V、內(nèi)阻為1Ω的電源組成閉合回路,可使小電珠的總功率最大,其總功率的值約為_(kāi)_______W(保留兩位小數(shù))。此句話隱含了什么條件？42.25轉(zhuǎn)解析第15頁(yè)/共41頁(yè)轉(zhuǎn)原題第16頁(yè)/共41頁(yè)【變式訓(xùn)練2】小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大。某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)來(lái)描繪小燈泡的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)可供選擇的器材有：A．小燈泡(2.5V，1.2W)B．電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻r＝1Ω)C．電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻未知)D．滑動(dòng)變阻器R2(0～5Ω，額定電流1A)E．電源(E＝3V，內(nèi)阻不計(jì))F．定值電阻R0(阻值6Ω)G．開(kāi)關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干(1)要求小燈泡兩端的電壓從零開(kāi)始變化，且能盡量減小系統(tǒng)誤差，在虛線框內(nèi)畫(huà)出完整的實(shí)驗(yàn)電路圖。第17頁(yè)/共41頁(yè)(2)按照正確的電路圖，該同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：I是電流表的示數(shù)，U是電壓表的示數(shù)，U燈是小燈泡兩端的實(shí)際電壓。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算補(bǔ)全表格中的空格，然后在如圖坐標(biāo)紙中畫(huà)出小燈泡的伏安特性曲線。I/A0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.080.150.250.400.600.901.301.852.503.00U燈/V

0.030.050.100.200.350.600.951.452.052.52轉(zhuǎn)解析第18頁(yè)/共41頁(yè)轉(zhuǎn)原題第19頁(yè)/共41頁(yè)熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的拓展與創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)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(kāi)放性、探究性等特點(diǎn)．1.以實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ),探究小燈泡功率與電壓的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變遷3.數(shù)據(jù)處理方式的改進(jìn)采用“DIS”數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理．第20頁(yè)/共41頁(yè)【例3】[2015·廣東理綜，34(2)]某實(shí)驗(yàn)小組研究?jī)蓚€(gè)未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1Ω)、定值電阻等。①使用多用電表粗測(cè)元件X的電阻。選擇“×1”歐姆檔測(cè)量，示數(shù)如圖(a)所示，讀數(shù)為_(kāi)_______Ω。據(jù)此應(yīng)選擇圖中的________(填“b”或“c”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。10b第21頁(yè)/共41頁(yè)增大②連接所選電路,閉合S;滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng),電流表的示數(shù)逐漸________(填“增大”或“減小”);依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。③圖(a)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U－I圖線，由圖可判斷元件________(填“X”或“Y”)是非線性元件。④該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R＝21Ω的定值電阻，測(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，電路如圖(b)所示。閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00V；斷開(kāi)S2，讀數(shù)為1.00V，利用圖7(a)可算得E＝________V，r＝________Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)。Y3.20.50轉(zhuǎn)解析第22頁(yè)/共41頁(yè)轉(zhuǎn)原題第23頁(yè)/共41頁(yè)【變式訓(xùn)練3】2013年12月14日晚上9點(diǎn)14分左右嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器平穩(wěn)降落在月球虹灣，并在4分鐘后展開(kāi)太陽(yáng)能電池帆板。這是中國(guó)航天器第一次在地外天體成功軟著陸，中國(guó)成為繼美國(guó)、前蘇聯(lián)之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國(guó)家。太陽(yáng)能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒(méi)有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件。某實(shí)驗(yàn)小組用測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法，探究一個(gè)太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)(沒(méi)有儲(chǔ)存電能)的I－U特性。所用的器材包括：太陽(yáng)能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器R，開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)為了達(dá)到上述目的，應(yīng)選用圖中的哪個(gè)電路圖：________(填“甲”或“乙”)。甲第24頁(yè)/共41頁(yè)(2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪出了如圖所示的I－U圖象。由圖可知，當(dāng)電壓小于2.0V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻________(填“很大”或“很小”)；當(dāng)電壓為2.8V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻約為_(kāi)__________Ω。(保留兩位有效數(shù)字)很大1.0×103通過(guò)此圖象怎樣確定電池電阻的大小隨U的變化規(guī)律？第25頁(yè)/共41頁(yè)三、跟蹤訓(xùn)練3.跟蹤訓(xùn)練第26頁(yè)/共41頁(yè)【跟蹤訓(xùn)練】某同學(xué)用圖甲所示的電路測(cè)繪額定電壓為3.0V的小燈泡I-U圖線,并研究小燈泡的實(shí)際功率與所加電壓的關(guān)系.（1）根據(jù)電路圖，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實(shí)物圖連成完整的實(shí)驗(yàn)電路。（2）開(kāi)關(guān)S閉合之前，圖甲中滑動(dòng)變阻器R的滑片應(yīng)置于______（填“a端”、“b端”或“ab的正中間”）。a端第27頁(yè)/共41頁(yè)（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出的小燈泡的I-U圖線如圖所示，由此可確定小燈泡在電壓為2.5V時(shí)的實(shí)際功率為_(kāi)_________（保留三位有效數(shù)字）。（4）已知小燈泡燈絲在27℃時(shí)的電阻是1.5Ω，并且其阻值與燈絲溫度的關(guān)系為R＝k（273＋t

℃），k為比例常數(shù)，根據(jù)I-U圖線，估算該燈泡以額定功率工作時(shí)燈絲溫度約為_(kāi)________℃。0.975W1155轉(zhuǎn)解析第28頁(yè)/共41頁(yè)轉(zhuǎn)原題第29頁(yè)/共41頁(yè)【跟蹤訓(xùn)練】有一只標(biāo)值為“2.5V,xW”的小燈泡，其額定功率的標(biāo)值已模糊不清。某同學(xué)想通過(guò)測(cè)繪燈絲伏安特性曲線的方法來(lái)測(cè)出該燈泡的額定功率。（1）已知小燈泡的燈絲電阻約為5Ω，請(qǐng)先在圖甲中補(bǔ)全伏安法測(cè)量燈絲電阻的電路圖，再選擇電流表、電壓表的合適量程，并按圖甲連接方式將圖乙中的實(shí)物連成完整的電路。（2）開(kāi)關(guān)S閉合之前，將圖乙中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于

。（選填“A端”、“B端”或“AB正中間”）（3）該同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)作出了燈絲的伏安特性曲線如圖丙所示,則小燈泡的額定功率為_(kāi)_____W。B端1.1答案及解析略第30頁(yè)/共41頁(yè)【跟蹤訓(xùn)練】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(kāi)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(guò)的最大電流為2A)G．滑動(dòng)變阻器(最大阻值1kΩ，允許通過(guò)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(kāi)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)．CEF解析顯隱此條件要求把滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法.第31頁(yè)/共41頁(yè)(2)請(qǐng)按要求將下圖中所示的器材連成實(shí)驗(yàn)電路．連線提示1.先用分壓式接法將滑動(dòng)變阻器連入電路中.2.再將電流表、小燈泡串聯(lián)后接入電路.3.最后將電壓表并在小燈泡兩端.第32頁(yè)/共41頁(yè)(3)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)正確作出的小燈泡的伏安特性曲線如圖甲所示．現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡接到如圖乙所示的電路中，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_(kāi)_______W．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)0.84解析顯隱第33頁(yè)/共41頁(yè)四、真題演練4.真題演練第34頁(yè)/共41頁(yè)熱點(diǎn)一對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)的考查【真題】(2012·安徽卷,21Ⅱ)圖為“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.(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：①閉合開(kāi)關(guān)前,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,____________________;②閉合開(kāi)關(guān)后,逐漸移動(dòng)變阻器的滑片,_________________________________________________________________________;③斷開(kāi)開(kāi)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(huà)出與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖．使它靠近滑動(dòng)變阻器左端的接線柱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)到其額定電壓滑動(dòng)變阻器為分壓式接法轉(zhuǎn)解析實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖如圖所示第35頁(yè)/共41頁(yè)解析：(1)滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，故閉合開(kāi)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(kāi)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