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2019版高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實(shí) 課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．描繪小電珠的伏安特性曲線。 2．分析曲線的變化規(guī)律。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1．描繪小電珠的伏安特性曲線 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I－U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)連結(jié)起來(lái)，就得到小電珠的伏安特性曲線。 2．滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法 (1)兩種接法比較 (2)分壓和限流電路的選擇原則 (3)兩種接法的適用情況 ①若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過(guò)電流表(或電壓表)的量程，或超過(guò)待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式電路。 ②若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓式電路。 ③若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式電路。 ④兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、能耗低。 【實(shí)驗(yàn)器材】 小電珠(“3.8 V，0.3 A”或“2.5 V，0.6 A”)一個(gè)、電壓表(0～3 V～15 V)與電流表(0～0.6 V～3 A)各一個(gè)、滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 Ω)一個(gè)、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆。 【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，按圖實(shí)Ⅷ－1所示的原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路。 2．把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無(wú)誤后，閉合開關(guān)S。 3．改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。 4．在坐標(biāo)紙上以電流I為縱軸，以電壓U為橫軸建立坐標(biāo)系，并選取適當(dāng)?shù)膯挝?。用描點(diǎn)法在坐標(biāo)紙上標(biāo)出各組U、I值對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置。 用平滑曲線將各點(diǎn)依次連接起來(lái)，便得到小電珠的伏安特性曲線。分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律。 5．?dāng)嚅_電源，整理好器材。 【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，則電流示數(shù)偏大。 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。 【注意事項(xiàng)】 1．本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小電珠燈絲的電阻值較小，因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法。 2．本實(shí)驗(yàn)要作出I－U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．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。 4．加在小電珠兩端的電壓不要超過(guò)其額定電壓。 5．連圖線時(shí)曲線要平滑，不在圖線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在圖線兩側(cè)，絕對(duì)不要畫成折線。 課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理與操作 [例1]　(浙江理綜) 圖實(shí)Ⅷ－2是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖。 (1)根據(jù)圖實(shí)Ⅷ－2畫出實(shí)驗(yàn)電路圖； (2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖實(shí)Ⅷ－3中的①、②、③、④所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V。所示讀數(shù)為：①________、②________、③________、④________。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為________和________。 [解析]　 (1)圖見答案。 (2)由圖可知，量程為0.6 A的電流表的分度值為0.02 A，采用“半格估讀法”，①的讀數(shù)為0.10 A，②的讀數(shù)為0.24 A；量程為3 V的電壓表的分度值為0.1 V，應(yīng)采用“估讀”法，故③、④的讀數(shù)分別為2.00 V與0.27 V。因小燈泡通過(guò)的電流隨其兩端電壓的增大而增大，故①與④、②與③分別對(duì)應(yīng)，故由歐姆定律R＝可得兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為R1＝ Ω＝8.3 Ω、R2＝ Ω＝2.7 Ω。 [答案]　(1)如圖所示 (2)①0.10 A?、?.24 A?、?.00 V?、?0.27 V (8.30.1)Ω　(2.70.1)Ω[如填為“(2.70.1)Ω (8.30.1)Ω] [特別提醒]　 “測(cè)定金屬的電阻率”與“描繪小燈泡的伏安特性曲線”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是電阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，但描繪小燈泡的伏安特性曲線必須要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器必須采用分壓式接法，而測(cè)量金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)電流表的內(nèi)、外接和滑動(dòng)變阻器的接法需要依據(jù)待測(cè)電阻的阻值大小來(lái)確定。 考點(diǎn)二　器材、電路的選擇與數(shù)據(jù)處理 [例2]　 (天津理綜)要描繪一個(gè)標(biāo)有“3 V、0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作。已選用的器材有： 電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω)； 電流表(量程為0～250 mA，內(nèi)阻約5 Ω)； 電壓表(量程為0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)； 電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干。 (1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的________(填字母代號(hào))。 A．滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 Ω， 額定電流1 A) B．滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖________(填字母代號(hào))。 (3)實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線如圖實(shí)Ⅷ－4所示。如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為5 Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是________W。 [解析]　 (1)測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線，要求能較大范圍測(cè)量數(shù)據(jù)，所以控制電路部分應(yīng)用分壓式接法，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用最大阻值小額定電流大的A。 (2)燈泡的電阻R＝＝15 Ω，額定電流I＝＝0.2 A，由R＝15 Ω<＝ Ω，依據(jù)公式法“大內(nèi)小外”的原則，可知電流表應(yīng)采用外接法，故選B。 (3)在燈泡的I－U圖上作出電源的I－U圖線，交點(diǎn)即為這個(gè)電源給這個(gè)燈泡供電時(shí)的電流和電壓，此時(shí)P燈＝IU＝0.11 W＝0.1 W。 [答案]　(1)A　(2)B　(3)0.1 考點(diǎn)三　創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)剖析 1．電阻元件的伏安特性曲線能反映電阻元件的電流隨電壓的變化規(guī)律，能反映元件的電阻變化情況，也可利用伏安特性曲線求解電壓、電流、功率等物理量。因此實(shí)際問(wèn)題中常利用本實(shí)驗(yàn)的器材、實(shí)驗(yàn)方法描繪二極管、電動(dòng)機(jī)、電池等元件的伏安特性曲線。 2．實(shí)驗(yàn)的控制電路一般用分壓接法，但測(cè)量電路則需要根據(jù)電壓表、電流表的內(nèi)阻與待測(cè)元件的電阻之間的大小關(guān)系確定。 [例3]　 (廣東理綜)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3 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等。 (1)使用多用電表粗測(cè)元件X的電阻。選擇“1”歐姆擋測(cè)量，示數(shù)如圖實(shí)Ⅷ－5甲所示，讀數(shù)為________Ω。據(jù)此應(yīng)選擇圖實(shí)Ⅷ－5中的________[填“乙”或“丙”]電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (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)圖實(shí)Ⅷ－6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＝21 Ω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，電路如圖實(shí)Ⅷ－7所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V。利用圖實(shí)Ⅷ－6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)。 [解析]　 (1)測(cè)量值＝讀數(shù)倍率，故測(cè)量結(jié)果為10.01 Ω＝10.0 Ω，因Rx＝10.0 Ω<≈ Ω，Rx屬于小電阻，故測(cè)量電路應(yīng)采用電流表外接法。 (2)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)測(cè)量電路兩端的電壓增大，故電流表的示數(shù)也增大。 (3)非線性元件的U－I圖線是曲線。 (4)由題圖可知U1＝3.00 V時(shí)I1＝0.30 A，U2＝1.00 V時(shí)I2＝0.10 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律有E＝3.00＋0.30r，E＝1.00＋0.10(r＋21)，解得E＝3.15 V≈3.2 V，r＝0.50 Ω。 [答案]　(1)10.0　乙　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50