2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-1第七章实验7测绘小灯泡的伏安特性曲线
展开实验7 测绘小灯泡的伏安特性曲线
[考纲解读] (1)会测绘小灯泡的伏安特性曲线。(2)会分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律。
注意事项
1.电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，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
本实验要作出IU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.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。加在小灯泡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
【例1】 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I－U图线。有下列器材供选用：
A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B.电压表(0～10 V，内阻20 kΩ)
C.电流表(0～0.3 A，内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(5 Ω，1 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)
(1)实验中电压表应选用______，电流表应选用______。(用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用__________。(用序号字母表示)
(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把图1中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
图1
解析 (1)因小电珠的额定电压为4 V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4 V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故选用0～5 V的电压表，故选A；由P＝UI得，小电珠的额定电流I＝＝0.5 A，故应选择0～0.6 A量程的电流表，故选D。
(2)由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应选E。
(3)小电珠内阻R＝＝8 Ω，电压表内阻远大于小电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示。
答案 (1)A D (2)E (3)图见解析
1.滑动变器的选取：在分压电路中，一般选用全电阻小于用电器电阻的滑动变阻器。在限流电路中，一般选用全电阻和用电器电阻相差不多或大几倍的滑动变阻器。
2.滑动变阻器的两种连接方式
两种接法的电路图 | ||
负载R上电压的调节范围 | ～E | 0～E |
3.两种接法的适用条件
(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)。
(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)。
(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。
4.实验器材的选择
(1)原则：①安全；②准确；③操作方便。
(2)具体要求：
①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中电流一般不允许超过0.6 A。
②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。
③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上。
⑤从便于操作来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。
5.电流表、电压表测电阻两种方法的比较选择
| 电流表内接法 | 电流表外接法 |
电路图 | ||
误差原因 | 电流表分压U测＝Ux＋UA | 电压表分流I测＝Ix＋IV |
电阻测量值 | R测＝＝Rx＋RA＞Rx，测量值大于真实值 | R测＝＝＜Rx，测量值小于真实值 |
适用条件 | RA≪Rx | RV≫Rx |
口诀 | 大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大) | 小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小) |
【例2】 (2016·10月浙江选考)“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，要求采用分压电路，电流表外接。小王的连线如图2甲所示，闭合开关S前请老师检查，老师指出图中标示的①、②两根连线有一处错误，错误连线是__________(填“①”或“②”)；图中标示的③、④和⑤三根连线有一处错误，错误连线是__________(填“③”、“④”或“⑤”)。小王正确连线后，闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片C移到________(填“A”或“B”)处。闭合开关S，此时电压表读数为________V，缓慢移动滑片C至某一位置时，电流表指针如图乙所示，电流表的示数为________A。
图2
解析 电路要求采用分压式接法，则连线①是错误的，应接A处；电流表要求外接，连线④应接电流表的“－”接线柱；闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片C移到A处；闭合开关S，此时电压表读数为0 V；缓慢移动滑片C至某一位置时，电流表的示数为0.32 A。
答案 ① ④ A 0 0.32
热点二 实验拓展创新
【例3】 (2016·4月浙江选考)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡额定电压为2.5 V、电流为0.3 A。
图3
(1)部分连线的实物照片如图3甲所示，请完成实物连接图；
(2)某次实验中，当电流表的示数为0.18 A，电压表的指针如图乙所示，则电压为__________V，此时小灯泡的功率是__________W；
(3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的______(填字母)。
解析 (1)小灯泡额定电压为2.5 V，故电压表选择0～3 V的量程；测绘小灯泡的伏安特性曲线时，电压表、电流表需从0开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法，故实物连接图如图所示。
(2)结合量程可读出电压表的示数在1.48～1.50 V，故小灯泡的功率P＝UI＝0.18×1.48 W≈0.27 W。
(3)随着电压的增大，小灯泡的电阻越来越大，故C正确。
答案 (1)如解析图所示 (2)1.48～1.50 0.27 (3)C
1.图4为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。
图4
(1)完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器________(填“左端”或“右端”)的接线柱；
②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，________；
③断开开关，……根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。
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解析 （1）滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱。闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压。
（2）与实物电路相应的电路图如图所示。
答案 （1）①左端 ②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组数据，直至电压达到其额定电压。
（2）见解析图
2.（2018·11月浙江选考）为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻R，小明设计了如图5甲所示的电路。
（1）实验时，闭合开关S，滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变，将c点先后与a、b点连接，发现电压表示数变化较大，电流表示数基本不变，则测量时应将c点接 （选填“a点”或“b点”），按此连接测量，测量结果 （选填“小于”“等于”或“大于”）Rx的真实值。
（2）根据实验测得的6组数据，在图乙中描点，作出了2条图线。你认为正确的是 （选填“①”或“②”），并由图线求出电阻Rx＝ Ω。（保留2位有效数字）
图5
解析 （1）由题中表述知，c先后与a、b试触，电压表变化比较大，故电流表的电阻对电路影响比较大，所以应该使用电流表外接法，即接a点，测量值比真实值偏小。
（2）根据电路的接法，当电流为零时电压表示数也为零，故图线过原点，选②，由斜率的倒数即为电阻阻值可知，R＝7.5 Ω。
答案 （1） a点 小于 （2）② 7.5±0.2
3.用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将如图6所示实物连线成为实验电路。
微安表μA（量程200 μA，内阻约200 Ω）；
电压表V（量程3 V，内阻约10 kΩ）；
电阻R0（阻值约20 kΩ）；
滑动变阻器R（最大阻值50 Ω，额定电流1 A）；
电池组E（电动势3 V，内阻不计）；
开关S及导线若干。
图6
解析 由于＝0.5，＝100，可以看出R0≫RA，故采用电流表内接法。因描绘R0的伏安特性曲线，又因为电阻R0的阻值远远大于滑动变阻器的阻值，故采用分压接法。画出电路原理图如图所示。把实物与原理图结合起来完成连线，注意电压表、电流表的正、负接线柱，保证电流从正接线柱进从负接线柱出，连线如图所示。
答案 见解析
