1、选修 3-1 第七章 恒定电流第三讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线考点知识诊断 热点题型探究 难点能力突破 课后作业 考点知识诊断知识清单一、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 UI 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来2电流表外接：因为小电珠电阻很小，如果内接电流表，分压明显滑动变阻器采用分压式：使电压能从 0 开始连续变化二、实验器材小电珠、4V6V 学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干三、电流表的内、外接法分析内接法外接法电路图误差原因电流表分压U 测UxUA电压表分流I 测IxIV电阻测量值R
2、 测U测I测 RxRARx测量值大于真实值R 测U测I测 RVRxRVRxRx测量值小于真实值适用条件RARxRVRx由上表看出，两种接法的误差来源不同，所以必须区别使用四、变阻器的分压式接法和限流式接法 接法项目 限流式分压式电路组成接法项目 限流式分压式变阻器接入电路特点连接电路的导线分别接金属杆一端和电阻线圈一端的接线柱(图中变阻器 Pa 部分被短路不起作用)连接电路的导线分别接金属杆一端和电阻线圈的两端接线柱，(图中变阻器 Pa、Pb都起作用)即从变阻器上分出一部分电压加到待测电阻上调压范围ERxRxRE(不计电源内阻)0E(不计电源内阻)五、实验步骤1连接电路：将小电珠、电流表、电压
3、表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示电路2测出小电珠在不同电压下的电流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，并将测量数值填入表格.U(V)00.20.40.60.81.01.21.6I(A)U(V)2.02.42.83.23.63.8I(A)3.画出伏安特性曲线(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(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑的曲线连结起来就得到小电珠的伏安特性曲线4拆除电路、整理仪器.考点诊断1.用伏安法测金属电阻 Rx(约为 5
4、)的值，已知电流表内阻为 1，量程为 0.6A，电压表内阻为几 k，量程为 3V，电源电动势为 9V，滑动变阻器的阻值为 06，额定电流为 5A，试画出测量 Rx 的原理图解析(1)选择测量电路：RxRA3V，超过电压表量程，电压表会烧毁，故应采用分压式，其电路图如图所示答案 见解析图2在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线 a、b、c、d、e、f、g 和 h 按图所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后：(1)若电压表的示数为 2V，电流表的示数为零，小电珠不亮，则断路的导线为_(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为 0.3A，小电珠亮，则断路的导线
5、为_(3)若反复调节滑动变阻器，小电珠亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为_解析 将实物图转化成原理图，如图所示(1)电压表有示数说明电压表与供电电路相连，而小电珠不亮，故 d 导线断(2)电压表示数为零，电流表为 0.3A，则电压表与电源断开，故 h 导线断(3)无论如何调节，电压表、电流表示数不能调为零，说明变阻器不为分压式接法，但灯泡仍亮且变化，故 g 导线断答案(1)d(2)h(3)g热点题型探究题型归纳题型一电压表、电流表的使用【例 1】要用伏安法来测定一个阻值在 25 k 左右的电阻 Rx 的较准确值，备用的器材如下表：器材代号规格A10100A、内阻为
6、2 k直流电流表A20500A、内阻为 0.3 kV1010V、内阻为 100 k直流电压表V2050V、内阻为 500 k直流稳压电源U输出电压 15V、额定电流 1A滑动变阻器R01 k、额定功率 1W为使测量的结果达到较高的准确度，则：(1)测量电路应选择_(电流表内接还是外接)(2)控制电路应采用_(限流电路或分压电路)(3)电流表应选用_，电压表应选用_此外，还有电键一个，导线若干解析 为提高测量的精确度，待测电阻两端电压变化范围要大些，故控制电路应接成分压电路，因 Rx 两端电压最大可达 15V，仅为 V2 量程(050V)的 310，读数误差较大，因此电压表以选 V1(010V)
7、为宜，但实验中应注意不使 Rx 两端电压超过 10V，电路中的最大电流不会超过1025mA0.4mA400A，故电流表应选 A2(0500A)，比较后发现 RxRA，故应把电流表内接，实验电路图为下图所示答案(1)电流表内接(2)分压电路(3)A2 V1点评 测量电路、供电电路，先分开考虑，然后画出电路图变式训练 1 如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的 IU 关系曲线图(1)为了通过测量得到图所示 IU 关系的完整曲线，在图和图两个电路中应选择的是图_；简要说明理由：_；(已知电源电动势为 9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为 0100)(2)在图电路中，电源电
8、压恒为 9V，电流表读数为70mA，定值电阻 R1250.由热敏电阻的 IU 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻 R2 的阻值为_；(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子：_.解析(1)用实验探究半导体热敏电阻的 IU 关系的完整曲线时，一般要求电路的电压从 0V 调到所需电压，调节范围应大些所以应选择的电路图是图，因为图不能测得 0V 附近的数据；(2)由欧姆定律可知 I1UR1 9250A36mA，则流过热敏电阻的电流为 I2II170mA36mA34mA，由 IU 关系曲线得热敏电阻两端的电压为 5.2V；电阻 R2 的阻值为 R2U2I2 95.234103111.8(111.
9、6112.0 均正确)；(3)热敏温度计(提出其他实例，只要合理均可以)答案(1)图不能测得 0V 附近的数据(2)5.2 111.8(111.6112.2 均正确)(3)热敏温度计题型二滑动变阻器的使用【例 2】如图所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：(1)待测电阻 Rx(约 100)；(2)直流毫安表(量程 010mA，内阻 50)；(3)直流电压表(量程 03V，内阻 5 k)；(4)直流电源(输出电压 4V，内阻不计)；(5)滑动变阻器(阻值范围 015，允许最大电流 1A)；(6)电键 1 个，导线若干条根据器材的规格和实验要求，完成本题的实物图上
10、连线解析 RxRA10050 2 倍，没有达到内接要求，又RVRx5000100 50 倍，故电流表采用外接若采用限流式电路，当开始使用最大阻值时电路中的最小电流 I小ERxRRA41001550A0.024A24mA，已超过电流表的量程，所以为保护器材，必须采用分压电路，且开始时触头滑到最右端，使流过电流表的电流最小如图所示连线时应先连电源开关滑动变阻器两端答案 如图所示(电流表外接 分压式)点评 注意内接、外接的选择；选择好是分压电路还是限流电路；连线注意连接顺序变式训练 2 某电压表的内阻在 20 k50 k 之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表 V(量程 3V)
11、电流表 A1(量程 200A)电流表 A2(量程 5mA)电流表 A3(量程 0.6A)滑动变阻器 R(最大阻值 1 k)电源 E(电动势 4V)电键 K，导线若干(1)所提供的电流表中，应选用_(填写字母代号)(2)为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在方框中画出符合要求的实验电路图(其中电源和电键及其连线已画出)解析 伏(V)安(A)法测电阻需要两块表：电压表和电流表本题测量的是一个电压表的内阻，和普通定值电阻不同的是，电压表本身两端的电压 UV 可以通过自身表的示数读取，故不再需要其他的电压表来测其两端电压了，故本题只需一个量程合适的电流表与之串联测出其电流 IV 即可经计算，流经待测
12、电压表的最大电流为 Imax3 V20000150A，考虑安全性及准确性，电流表应选 A1.对于本题，因为待测电阻 RVR(待测电压表阻值是滑动变阻器最大阻值的 20 倍以上)，故滑动变阻器应采用分压式接法，满足题目多测几组数据的要求答案(1)A1(2)电路图：题型三描绘小灯泡的伏安特性曲线【例 3】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在下图中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路(3)利用实验中得到的实验数据在 IU 坐标系中，描绘出了下图所示的小电珠的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断出图中
13、正确的是(图中 P 为小电珠功率)_解析(1)为方便电路调节，滑动变阻器应选择 R1；小电珠正常工作时 I 额0.3A300mA100mA，故电流表应选A2.(2)因为要求小电珠上的电压从 0 开始增大，应选用分压电路；而小电珠正常工作时 R灯UI 3.80.313RV5 k，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示(3)在 IU 图像中，图线斜率逐渐减小，小电珠的 R 逐渐增大；由 PU2R 知在 PU2 图像中，图线的斜率1R应逐渐减小，故 B 正确；由 PI2R 在 PI2 图像中图线斜率 R 应逐渐增大，故 D 正确答案(1)R1 A2(2)见解析(3)BD变式训练 3 用下列器材组装
14、成描绘电阻 R0 伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路微安表 A(量程 200A，内阻约 200)；电压表 V(量程 3V，内阻约 10 k)；电阻 R0(阻值约 20 k)；滑动变阻器 R(最大阻值 50，额定电流 1A)；电池组 E(电动势 3V，内阻不计)；开关 S 及导线若干解析 因要描绘电阻 R0 的伏安特性曲线，电路需要设计成分压电路；因电阻 R0 阻值大于微安表内阻，必须设计成电流表内接电路，实物连线图如图所示答案 见解析难点能力突破难点突破一、实验的注意事项(1)电路的连接方式电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小，与 00.6A 的电流表串联
15、时，电流表的分压影响很大；滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小电珠的两端的电压能从 0 开始连续变化(2)闭合电键 S 前，滑动变阻器触头应移到使小电珠分得电压为 0 的一端，可以使开关闭合时小电珠电压能从 0 开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而烧断灯丝(3)UI 图线在 U01.0V 左右将发生明显弯曲，故在 U1.0V 左右绘点要密，以防出现较大误差(4)电流表选择 0.6A 量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8V,0.3A”的小电珠，选用电压表的 5V 量程，若使用“2.5V，0.6A”的小电珠，则选用电压表的 3V 量程(5)保
16、持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加到额定值，记录 I 后马上断开开关(6)误差较大的点要舍去，UI 图像应是平滑曲线而非折线二、实验误差分析(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(2)测量时读数带来误差(3)在坐标纸上描点、作图带来误差三、电流表内接法与外接法的选择伏安法测电阻有两种方法：电流表内接法和外接法确定内接法还是外接法，有三种方法直接比较法：当 RxRA 用内接法当 RxRV 用外接法临界值计算法：当内、外接法相对误差相等时，有RARxRxRVRx RARV(RARV)为临界值当 Rx RARV(即 Rx 为大电阻)时用内接法；当 RxRxRA时，用电流
17、表外接法，当RVRxRxRA时，用电流表内接法测试判断法：Rx，RA，RV 大约值都不清楚时用此法如上图所示，将单刀双掷开关 S 分别接触 a 点和 b 点，若看到电流表读数变化较大，说明电压表分流影响较大，应该用内接法；若看到电压表读数变化较大，说明电流表分压影响较大，应该选用外接法四、限流电路、分压电路的选择限流电路、分压电路的选择原则限流式：该接法适合测量小阻值电阻(和滑动变阻器的总电阻相比)，因为 Rx 越小，限流式中滑动变阻器分得电压越大，调节范围越大；分压式：该接法适合测量大阻值电阻(和滑动变阻器的总电阻相比)，因为 Rx 越大，分压式中 Rx 几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电
18、压变化接近线性关系，便于调节；若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式；若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路；若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式电路；限流接法好处是电路简单、耗能低在选择电路时，不可忽视“便于调节”的原则，例如，待测电阻很小，如用阻值大的滑动变阻器做分压器，触头在滑动过程中电压值基本为零而且不变，只有在到末端时急剧变
19、化.高考能力考向描绘小灯泡的伏安特性曲线(2011广东)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5V,0.6W)，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，结果为_.(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图完成实物图中的连线(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像，必须在相邻数据点_间多测几组数据(
20、请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”)数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244解析 本题考查“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验原理与方法(1)估计小电珠的阻值约为 RU2P 2.520.6 10.4，从多用表的表盘看出欧姆挡的中值为“15”，因此应用该多用电表测小电珠的电阻应选用“1”倍率挡从指针位置读出电阻值为 7.5.(2)实验原理线路图略(3)开关闭合前应使滑片 P 位于 a 端若要使小电珠亮度增加，则应使小电珠两端电压增大，P 应由中点向 b 端滑动(4)小电珠的电压、电流越小时变化越慢，为使伏安特性曲线更准确，应在电压较小时多测几组数据，即在 ab 间多测几组数据答案(1)1 7.5(2)线路图略(3)a b(4)ab课后作业
