河南2014年高考一轮复习导学案——恒定电流六
【实验目的】
1．描绘小电珠的伏安特性曲线．
2．分析伏安特性曲线的变化规律．
【实验原理 】
1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小
电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
2．电流表外接：因为小电珠电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化．
【实验器材】
小电珠(“3.8 V,0.3 A”或“2.5 V,0.6 A”)、4～6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
【实验步骤】
1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按如图所示的原理图连接好实验电路．
2．把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S.
3．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，并将测量数据填入下面的表格中，断开开关S.
U(V)
0
0.2
0.4
0.8
1.0
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
3.8
I(A)
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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4.在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．在坐标纸上描出各组数据所对应的点，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．
5．拆除电路，整理仪器．
【注意事项】
1．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．本实验要作出I U图线，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．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．
4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
5．连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，绝对不能画成折线．
【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．
【典型例题】
一 、实验原理和器材的选择
【例题1】有一小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I U图线，现有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ
C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A)
F．滑动变阻器(最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A)
G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：_______________________ _________.
(2)电压表选 、电流表选 、滑动变阻器选 。
二、实验操作和数据处理
【例题2】(2011·广东理综)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5 V,0.6 W)，滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．
(1)粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”“×10”或“×100”)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲，结果为______Ω.
(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线．
(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端．为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动．
(4)下表为电压等间隔变化测得的数据．为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)．
数据点
a
b
c
d
e
f
U/V
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
【能力训练】
1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，下列说法中正确的是( )
A．滑动变阻器应采用分压式接法
B．电流表采用内接法
C．闭合开关前，应将电压调到最大位置，闭合开关后，慢慢往下调
D．滑动变阻器应采用串联限流式接法
2．(2011·常德联考)在描绘小灯泡的伏安特性曲线时采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的指针动而电压表的指针不动，关于原因，下列说法可能的是( )
A．小灯泡的灯丝断了
B．滑动变阻器的滑片接触不良
C．小灯泡发生短路
D．滑动变阻器A端接触不良
3.描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如图所示，所用小电珠的额定电压是3.8 V.
(1)关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是( )
A．系统误差主要是由电压表的分流引起的
B．系统误差主要是由电流表的分压引起的
C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的
D．系统误差主要是由读数时的估读引起的
(2)根据某次实验记录的数据在坐标系中描点如图所示．试在坐标系中画出该小电珠的伏安曲线，并从图象中求出该小电珠的额定功率．
4．(2011·福建理综)某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：
(1)在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．(填选项前的字母)
A．直流电压10 V B．直流电流5 mA
C．欧姆×100 D．欧姆×1
(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，○V为电压表(量程为6 V，内阻20 kΩ)，○A为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关．
①在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；(填“左”或“右”)
②在实验过程，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“__2__点至__3__点”的导线)
③该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．(填“不变”“增大”或“减小”)
5．在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中，由于电表内阻的影响，会产生系统误差使得小电珠的电阻测量不准确，为了消除这种误差，某同学设计了如图所示的实物连线图，用来测量小电珠的电阻R和两端所加电压U的关系，图中两个电压表完全相同且内阻很大，试回答下列问题．
(1)根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路图．
(2)请补全下列实验步骤
①按图中的实物连接图连好电路，在闭合开关S之前，滑动变阻器的滑动头应调到________．
②合上开关S.
③移动滑动头，调节电阻箱的示数，使两个电压表________，则电阻箱的读数即为小电珠电阻，记下小电珠的电阻和电压．
④多次移动滑动头，并调节电阻箱，但仍保持两个电压表________，记下电阻箱示数和电压表的读数．
⑤在坐标纸上画出R U图线，并分析R随U变化的规律．
6．小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：
I(A)
0.12
0.22
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U(V)
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
(1)在图甲的框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围0～10 Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干．
(2)在图乙中画出小灯泡的U I曲线．
(3)如果电源的电动势是1.5 V，内阻是2.0 Ω.问：将此小灯泡接在该电源两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第(2)小题的方格图中)
例题答案：
1. 【答案】 (1)描绘灯泡的I U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E
解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．
因小灯泡额定电压为4 V,0～15 V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5 V的A；小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D；滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故应选滑动变阻器E；又因为RV·RA>R，所以电流表应外接．
2. 【答案】 (1)×1 7.3～7.7 (2)如图所示 (3)a(或左) b(或右) (4)ab
解析 (1)由小电珠的额定电压为2.5 V、额定功率为0.6 W，可得小电珠正常工作时电阻R＝＝ Ω＝10.4 Ω，选用多用电表的“×1”倍率时的中值电阻为15 Ω.因为在中值电阻附近测量的值最精确，又知10.4在15附近，所以选择“×1”倍率．
(2)在画实物连线时，应先连干路，再连分压电路．
(3)闭合开关前P应先置于a端，此举为保护小电珠．为使小电珠亮度增加，滑片P应向b端滑动，使其分压增加．
(4)在ab间电流的变化从0～0.122 A，变化较大，为了更准确，应在ab间多测几组数据．
反馈训练
能力训练答案
1. 解析 A 在本实验中小灯泡的电阻较小，应采用电流表外接法，选项B错误；为了准确画出小灯泡的伏安特性曲线，需测量多组数据，要求所加电压从零变起，因此滑动变阻器应采用分压式接法，选项A正确，选项D错误；进行调节时应从最小值开始逐渐增大，选项C错误．
2.解析 C 可用排除法来分析，若小灯泡灯丝断了，在移动滑动变阻器的滑片时，电流表、电压表的指针都不动，选项A错误；滑动变阻器的滑片接触不良时，起不到调节电阻的作用，电流表指针不会动，选项B错误；小灯泡发生短路时，电压表示数为零，调节电阻时会改变电路中的电流，电流表指针会动，选项C正确；若滑动变阻器A端接触不良，滑动变阻器将变为限流式接法，并不会影响到调节电路的作用，选项D错误．
3. 【答案】 (1)A (2)小电珠的伏安曲线如图所示 1.14 W
解析 (1)由于电压表的分流作用，造成电流表的测量值会比真实值偏大，从而造成实验的系统误差，选项A正确；电压表的测量值就是小电珠两端的电压，电流表不存在分压引起的误差，选项B错误；电源内阻对本实验测量无任何影响，选项C错误；电表读数时的误差属于偶然误差，选项D错误．
(2)由图象可知，当小电珠达到额定电压3.8 V时，电流I＝0.3 A，则额定功率P＝UI＝3.8×0.3 W＝1.14 W.
4. 【答案】 (1)D (2)①左 ②1 5(或5 1) ③增大
解析 (1)小电珠正常工作的电阻R＝＝12 Ω，而用多用电表直接测量其阻值时其值小于12 Ω，故用欧姆×1挡，D正确．
(2)由电路可知，采用分压接法，当S闭合前应使有效阻值为零，即最左端；电压表、电流表的示数总是调不到零，说明P点在左端时，仍有电流流过小电珠，故为1点至5点导线没有连接好．
(3)I-U图线的斜率为其工作时的电阻值的倒数，故R＝随工作电压的增大而增大．
5. 【答案】 (1)电路图如图所示
(2)①最右端 ③示数相同 ④示数相同
解析 (2)在合上S之前，应使V1、V2示数为零，结合电路图可知，滑动变阻器的滑动头应移到最右端；在实验中只有当V1、V2示数相同时，电阻箱的读数才等于小电珠的电阻．
6．解析 分析和解答本题要从实验原理、器材规格、表格数据等方面挖掘隐含条件．(1)要作出小灯泡的U I曲线，电压必须从零开始连续调节，所以滑动变阻器需用分压式接法，小灯泡的电阻较小，所以电流表采用外接法．如图丙所示．
(2)作小灯泡的U I曲线时要先描点，用平滑的曲线将尽量多的点连在曲线上，连不上的尽量分布在曲线两侧，如图丁所示．
(3)认真审题不难发现，第(3)问括号内的文字就是解题的提示，仔细阅读后就会找到解题思路．作出U＝E－Ir的图线如图丁，图戊为小灯泡和电源串联的电路，当通过电源的电流为0.35 A时，流过小灯泡的电流也为0.35 A，从图线可以看出此时小灯泡的工作电压为0.8 V，因此小灯泡的实际功率为P＝IU＝0.28 W.
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