实验9　描绘小电珠的伏安特性曲线-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验9　描绘小电珠的伏安特性曲线 考点整合·素养提升 实验原理 (1)测多组小电珠的U、I值,并绘出I-U图像 (2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系 实验器材 小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0~3 V~15 V”、电流表“0~0.6 A~3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔 实验步骤 (1)画出电路图(如图1所示) (2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图2所示的电路 (3)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,并将测量数据填入自己设计的表格中 (4)数据处理 ①在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立直角坐标系 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,得到小电珠的伏安特性曲线 注意事项 (1)电路的连接方式: ①电流表应采用外接法:因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小,与量程为0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大 ②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从0开始连续变化 (2)闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0的一端,使开关闭合时小电珠的电压能从0开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 (3)I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差 误差分析 (1)由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,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 知识训练·能力提升 【典例1】某同学研究小灯泡的伏安特性曲线,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5 V,内阻3 kΩ); 电流表(量程0.3 A,内阻0.5 Ω); 固定电阻R0(阻值1.0 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0~0.32 A的范围内对小灯泡进行测量,利用上述器材,设计电路,在虚线框中画出实验电路原理图。 (2)实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图1所示。由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻　　　　(选填“增大”、“不变”或“减小”);设A为实验曲线上的某点,过A点的切线斜率为k1,坐标原点与A点连线的斜率为k2,在对应A点时小灯泡的电阻为　　　　。  (3)用另一电源E0(电动势3 V,内阻1.0 Ω)和题给器材连接成如图2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。(结果保留2位有效数字)  【答案】(1)如图甲所示　(2)增大　　(3)0.21(0.20~0.23均可) 【解析】(1)因本实验需要电流从零开始调节,因此应采用滑动变阻器分压接法;由于电流表量程较小,为了扩大电流表量程,将R0和电流表并联,因并联后的电流表内阻RA满足<,故电流表采用外接法,原理图如图甲所示。 (2)由I-U图像可知,图像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加而增大;又知斜率k2=,所以RL==。 (3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时,灯泡的功率最小,将R等效为电源内阻,则电源电动势为3 V,等效内阻为10 Ω,则有U=3-10I。作出电源的I-U图像如图乙中直线所示。 由图线交点可知,灯泡电压U=1.12 V,电流I=188 mA=0.188 A,则最小功率P=UI=1.12×0.188 W≈0.21 W。 【变式1】(2017年全国卷Ⅰ,T23改编)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线,提供以下实验器材: 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,内阻约为0.5 Ω) 电阻箱R0(0~9999.9 Ω) 滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω,2 A) 滑动变阻器R2(阻值0~200 Ω,1 A) 学生电源E(电动势4 V,内阻不计) 开关S及导线若干。 (1)关于控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择　　　。  A.分压式连接　　　　B.限流式连接 (2)为了减小系统误差,关于测量电路中电压表和电流表的连接方式,应选择　　　　。  A.电流表内接法　　　　 B.电流表外接法 (3)实验提供的电压表量程小于小灯泡的额定电压,需要把电压表的量程扩大到4 V,改装电压表时,应将电阻箱阻值调至　　　　Ω,并与题中所给电压表　　　　　(选填“串联”或“并联”)。  (4)请在方框中画出该实验的电路图。 (5)为操