高考物理创新（基础课能力课实验课）版第八章恒定电流实验八.doc

实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线

注意事项

1.电流表外接法：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.滑动变阻器应采用分压式连接

本实验要作出U－I图象，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。

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。

误差分析

1.由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。

2.测量时读数带来误差。

3.在坐标纸上描点、作图带来误差。

热点一实验原理与实验操作

【例1】(2017·镇江一模)有一个额定电压为3.8V，额定功率约为1W的小灯泡，现要用伏安法描绘这只灯泡的I－U图线，有下列器材可供选用：

A.电压表V1(0～6V、内阻约为5kΩ)

B.电压表V2(0～15V、内阻约为30kΩ)

C.电流表A1(0～3A、内阻约为0.1Ω)

D.电流表A2(0～0.6A、内阻约为0.5Ω)

E.滑动变阻器R1(10Ω、5A)

F.滑动变阻器R2(200Ω、0.5A)

G.蓄电池(电动势6V、内阻不计)

H.开关、导线

(1)请在方框内画出该实验的原理电路图。

(2)实验中，电压表选________，电流表选________，滑动变阻器选________。(用序号字母表示)

(3)测得该灯泡的伏安特性曲线如图所示。由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω；若将此灯泡与电动势12V、内阻为1Ω的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为________Ω的电阻。(结果保留2位有效数字)

解析(1)描绘伏安特性曲线，电压、电流从零开始变化，所以滑动变阻器选用分压式；根据Req\r(RARV)说明小灯泡是小电阻，采用电流表外接法。

(2)根据小灯泡的额定电压和额定电流，电压表选A，电流表选D，滑动变阻器分压式应选用阻值小的E。

(3)正常工作的电阻即为图中电压为3.8V时的电阻，为R＝eq\f(3.8,0.24)Ω＝15.83Ω≈

16Ω，根据闭合电路欧姆定律计算出串联电阻阻值Rx＝eq\f(E,I)－r－R＝eq\f(12,0.24)Ω－1Ω－15.83Ω≈33Ω。

答案(1)见解析图(2)ADE(3)1633

热点二数据处理与分析

【例2】某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图1甲所示，现已完成部分导线的连接。

图1

(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；

(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；

(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)。

解析(1)电流表示数要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图甲所示。

甲

(2)电流表示数为0.44A。

(3)当外电路的总电阻与电源内阻相等时，电源有最大的输出功率，即小电珠的总功率最大，此时R外＝r＝1Ω，I＝eq\f(E,R外＋r)＝eq\f(3,2)A＝1.5A，U外＝eq\f(E,2)＝1.5V，即每只小电珠两端的电压为1.5V，通过图象可知每只小电珠的电流为I0＝0.38A，n＝eq\f(I,I0)≈4(只)；通过每只小电珠的电流为I0，两端电压为U，根据闭合电路欧姆定律得：U＋nI0r＝E，而U＋4I0＝3V，U＝－4I0＋3V，如图乙所示，图线的交点纵、横坐标分别为U≈1.5V，I0≈0.38A，P＝UI0＝0.57W，P总＝nP＝4×0.57W＝2.28W。

乙

答案(1)见解析图甲(2)0.44(3)42.28

热点三实验的改进与创新

以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点。

1.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。

2.实验对象的变迁

3.数据处理方式的改进

采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。

【例3】某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等。

图2

(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图2(a)所示，读数为________