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?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IU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。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。若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式電路。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?！緦?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(03 V15 V)與電流表(00.6 V3 A)各一個(gè)、滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 )一個(gè)、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開(kāi)關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆?！緦?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)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(kāi)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(kāi)開(kāi)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斷開(kāi)電源，整理好器材?！菊`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?！咀⒁馐马?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IU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(kāi)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(huà)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)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)2畫(huà)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)3中的、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：_、_、_、_。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_(kāi)和_。解析(1)圖見(jiàn)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”，的讀數(shù)為0.10 A，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、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，故與、與分別對(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 8.3 、R2 2.7 。答案(1)如圖所示(2)0.10 A0.24 A2.00 V 0.27 V(8.30.1)(2.70.1)如填為“(2.70.1)(8.30.1)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(kāi)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 )；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)；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 ， 額定電流1 A)B滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 750 ，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)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 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R15 ，額定電流I0.2 A，由R15 < ，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IU圖上作出電源的IU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IU0.11 W0.1 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 k)、電流表(內(nèi)阻約為1 )、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)5甲所示，讀數(shù)為_(kāi)。據(jù)此應(yīng)選擇圖實(shí)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)6是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的UI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R21 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)7所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開(kāi)S2，讀數(shù)為1.00 V。利用圖實(shí)6可算得E_V，r_(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 10.0 ，因Rx10.0 < ，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UI圖線是曲線。(4)由題圖可知U13.00 V時(shí)I10.30 A，U21.00 V時(shí)I20.10 A，根據(jù)閉合電路歐姆定律有E3.000.30r，E1.000.10(r21)，解得E3.15 V3.2 V，r0.50 。答案(1)10.0乙(2)增大(3)Y(4)3.20.50