2020高考物理 第八章 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线教案 鲁科版选修3-1.doc

PAGE 1 - 实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线 一、基本原理与操作 原理电路图 操作要领 (1)连接电路：用导线进行实物连线 (2)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，填入自己设计的表格中 (3)画图象：画I－U图线 二、数据处理 (1)在坐标纸上以U为横轴，以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。 (3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。 ◎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 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　教材原型实验 命题角度　实验原理及电路设计的考查 【例1】　某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下： 小灯泡L：规格“2.5 V　0.5 A” 电流表G1：满偏电流为1 mA，内阻为30 Ω 电流表G2：满偏电流为10 mA，内阻为30 Ω 电压表V：量程3 V，内阻为9 kΩ 标准电阻R1：阻值1 Ω 标准电阻R2：阻值0.05 Ω 滑动变阻器R：阻值范围为0～10 Ω 学生电源E，电动势6 V，内阻不计 开关S及导线若干。 学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电流表并设计电路。 (1)电流表应该选________，标准电阻应该选________。 (2)在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。 解析　绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程3 V可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。根据并联分流规律可知，电流表G1与标准电阻R2并联，可将量程扩大到0.6 A，满足实验需要。由于电流表和电压表内阻均已知，采用电流表内接或外接均可。 答案　(1)G1　R2　(2)如图所示 命题角度　数据处理及实验结果的应用 【例2】　(2017·全国卷Ⅰ，23)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(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 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1 a所示。 图1 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(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b所示的电路，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) 解析　(1)电压表量程为3 V，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，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL＝eq \f(U,I)＝eq \f(3.8,0.32) Ω＝11.875 Ω，所以eq \f(RL,RA)＜eq \f(RV,RL)，故电流表用外接法，如图所示。 (2)由I－U图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律R＝ρeq \f(l,S)知，灯丝的电阻率增大。 (3)当滑动变阻器的阻值最大为9.0 Ω时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由E＝U＋I(R＋r)得I＝－eq \f(1,10)U＋eq \f(4,10)，作出图线①如图所示。 由交点坐标可得U1＝1.78 V，I1＝221 mA，P1＝U1I1＝0.39 W；当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，由E＝U＋I(R＋r)得，I＝－eq \f(1,R＋r)U＋eq \f(E,R＋r)，即I＝－U＋4，作出图线②如图所示。由交点坐标可得，U2＝3.68 V，I2＝0.318 A，最大的功率为P2＝U2I2＝1.17 W。 答案　(1)见解析　(2)增大　增大　(3)0.39　1.17 热点二　实验拓展创新