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1、专题0 8电路实验2(-)测量电灯泡伏安特性曲线原理电路图操作要领(1)连接电路：用导线进行实物连线(2)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和电流值/,填入自己设计的表格中(3)画图象：画/一图线数据处理(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。(3)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。注意事项1.电流表外接法：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.滑动变阻器应采用分压式连接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
2、。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。考点：1、器材选取、电路设计2、灯泡实际功率命题角度：实验原理及电路设计的考查【例 1】某学习小组的同学拟探究小灯泡L 的伏安特性曲线，可供选用的器材如下:小灯泡L：规 格“2.5 V 0.5 A”电流表G1：满偏电流为1 m A,内阻为30 Q电流表G2：满偏电流为10 m A,内阻为30 Q电压表V：量程3 V,内阻为9 kQ标准电阻R1：阻 值 1 Q标准电阻R2：阻值0.05 Q滑动变阻器R：阻值范围为010 Q学生电源E,电动势6V,内阻不计开关S及导线若干。学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电流表并设计电路
3、。（1）电 流 表 应 该 选,标 准 电 阻 应 该 选。（2）在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。【答案】（D G 1 R 2 （2）如图所示【解析】绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程3 V可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。根据并联分流规律可知，电流表G 1 与标准电阻R 2 并联，可将量程扩大到 0.6 A,满足实验需要。由于电流表和电压表内阻均己知，采用电流表内接或外接均可。命题角度：数据处理及实验结果的应用【例 2】（2 0 1 7 全国卷I,2 3）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压
4、3.8 V,额定电流0.3 2 A）；电 压 表（量程3V,内阻3 k Q）；电 流 表（量程0.5 A,内阻0.5 Q）；固定电阻R 0 （阻 值 1 0 0 0 Q）；滑动变阻器R（阻值。9.0 Q）；电源E（电动势5 V,内阻不计）；开关S；导线若干。（D实验要求能够实现在0 3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图a所示。由实验曲线可知，随 着 电 流 的 增 加 小 灯 泡 的 电 阻（填“增大”“不变”或“减小”），灯 丝 的 电 阻 率（填“增大”“不变”或“减小”）。（3）用另一电源E 0（电动势4 V,内阻LOO Q
5、）和题给器材连接成图b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,最大功率为 W（结果均保留2位小数）【答案】（1）如图所示（2）增大，增 大（3）0.3 9 W,1.1 7 W.【解析】（1）电压表量程3 V,要求能够实验在（T 3.8 V 的范围内对灯泡的电压进行测量，需要改装扩大量程；题目要求电压从。开始测量，所以选择分压式。灯泡电阻R=3.8/0.3 2 =1 1.8 （Q）,按照公式可知属于小电阻，故电流表外接。电路图如图所示。（2）由 I-U 图知，斜率减小，即电阻随电流增大而增大，所以电阻率在增大。（3）当
6、滑阻最大9 Q I T 寸，电路电流最小，灯泡功率最小，由 E=U+I（R+r）得 l=-o.1 U+0.4,作图所示由焦点坐标可知U 1=1.7 8 V,I l=2 2 1 m A,P 1=O.3 9 W；当滑动变阻器R=0 时，灯泡功率最大，由欧姆定律得I=-U+4,作图所示。焦点坐标知U 2=3.6 8 V,1 2=0.3 1 8 A,最大功率P 2=l.1 7 W.【实战演练】1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡规格为“3.8 V,0.3 A”。除开关、导线外，实验室还提供了如下器材：电压表V （量程0 5 V,内阻约5 k Q）电流表A （量程0 5 0 0 m A,内阻
7、约0.5 Q）电流表A 2（量程0 1 0 0 m A,内阻约4 Q）滑动变阻器用（0 1 0 Q,允许通过最大电流为2.0 A）滑动变阻器Rz（0 1 0 0 Q ,允许通过最大电流为1.0 A-）直流电源（电动势约为6 Y,内阻约0.5 Q）（1）上述器材中，电 流 表 应 选,滑动变阻器应选 o （填器材符号）（2）请根据所选的器材，在图甲中用笔画线代替导线，完成实验电路的连接。（3）实验得到的伏安特性曲线如图乙所示。再将被测小灯泡与一个电动势为1.5 V,内阻为5 Q的电源连接组成闭合回路，则通过小灯泡的电流 A o【参考答案】（1）A i R（2）如图所示（3）0.1 4 0.1 5
8、【解析】（1）灯泡的额定电流为0.3 A,故电流表选择A因实验要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法,选择总电阻小的用。（2）控制电路采用分压接法，测量电路采用外接法。（3）接在电动势为L 5 V,内阻为5 Q的电源两端时，根据闭合电路欧姆定律有左济/r,代入数据可得六-0.2 0 4 0.3,在/-图象中作出该图线，如图所示，两图线的交点即为工作点，灯泡工作时的电流为0.1 5 A。2.一只小灯泡，额定功率为0.7 5 W,额定电压值已模糊不清。甲小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3 Q,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压。=/而=1.5 V；乙小组同
9、学认为甲小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计了一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制灯泡的伏安特性曲线，进而找到灯泡的额定电压。A.电压表V （量程3 V,内阻约3 k Q）B.电流表A （量 程 1.5 A,内阻约0.0 2 Q）C.电流表A?（量程0.5 A,内阻约0.6 O ）D.滑动变阻器R（0 10 Q ）E.滑动变阻器尼（O lO O Q）F.电源E （电动势4.0 V,内阻不计）G.开关S和导线若干（1）上述器材中，电 流 表 应 选 （填“AJ或 A?”），滑 动 变 阻 器 应 选 （填“石”或“股”）;画出乙小组的实验电路原理图。（2）
10、当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.7 0 V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开【答案】（1）A?R、如左图（2）如右图（3）2.5 （2.4 2.6）灯泡电阻随温度升高而变大【解析】（1）表格中电流最大不小于A 2量程0.5 A,鼓电流表用A 2；要描绘灯泡得UT图，电压从0开始，选择分压式电路，所以滑阻选择小电阻得R 1,电流表用外接法。（2）如图（3）当电压为2.5 V时，电流为0.3 A,此时电功率为后0.7 5 W,等于额定功率，故额定电压为2.5 V；显然这一结果大于1.5 V,究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而变大。3.由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高
11、而变大。某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线。可供选择的实验器材有：A.待测电阻器兄（2.5 V,1.2 W）B.电流表因（00.6 A,内阻为1 Q）C.电压表网（03 V,内阻未知）D.滑动变阻器（010 Q,额定电流1 A）E.电源（=3 V,内阻 r=l Q）F.定值电阻总（阻值5 Q）G.开关一个和导线若干（1）实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在虚线框内画出实验电路图。（2）按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下:A0.150.200.250.300.350.400.450.48UN0.250.400.600.90
12、1.251.852.503.00tt/v其中，/是电流表的示数，是电压表的示数，偏是电阻器两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格，然后在坐标图中画出电阻器的伏安特性曲线。（3）该同学将本.实验中的电阻器凡以及给定的定值电阻而二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是 W o（结果保留2位小数）【参考答案】（1）见 解 析 图 甲（2）见 解 析 图 乙（3）0.32【名师解析】（1）要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法。电路如图甲所示。tt/v0.100.200.350.600.901.452.052.52u/v(2)电压表的示数减去电流表的分压即为电
13、阻器两端的电压U尸UIr,数据如下表。电阻器的伏安特性曲线如图乙所示。(3)由小+/(+而).=作 出 图 象 如 图 乙 中 直 线 所 示，由此图象与电阻器分/图线的交点可得此时电阻器的电压a=0,9 V,电流/=0.35A,电阻器的实际功率为 小0.3 2 也(二)测量电源电动势和内阻q=0：K3=。2 十*2*原理：利用伏安法得到多组U-数据，求平均值可得到电源的E和 r,一般情况下，把得到的数据作出电源的U-I曲线，通过图像分析并求得对应得E和 r。考点：1、选器材2、根据U-I 图求E、r,写表达式3、系统误差分析注意事项：(1)电池的选择:为使实验中U随 I的变化明显，应选用内阻
14、较大的电池，可以用旧些的干电池.(2)通电时间越短越好，读完数据立即切断电源，要特别注意测量时绝不允许负载短路.(3)根据闭合电路欧姆定律：E=U+I r,本实验电路中电压表的示数是准确的，而电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差，滑动变阻器R的阻值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。系统误差分析系统误差分析1要 点 1：当电压表两端的电压(路端电压)为0 时，电压表的内阻分流l v=O.因此,测量的U-I 曲线与实际的曲线在横 轴(I)上交于同一点.要 点 2：对于相同的路端电压，电流的测量值小于真实值.真实曲线上的一点P
15、真在测量曲线上对应点P测的右方.误差来源：电压表内阻的分流作用，使得电流的测量出现误差（路端电压的测量是准确的）I 真=1测+IV I 测 r真由上图可得：E测 E真R测要 点 1：当通过电流表的电流（总电流）为 0时，电流表的内阻分压UA=O.因此，测量的U-I曲线与实际的U-I曲线在纵 轴（U）上交于同一点.要点2：对于相同的总电流，路端电压的测量值小于真实值.真实曲线上的一点P 真在测量曲线上对应点 P测的上方.误差来源：电流表内阻的分流作用，使得路端电压的测量出现误差（总电流的测量是准确的）U真=U测+UAU测 由上图可得：E测=真 r 测 1 真总结：电源小内阻时，选择电流表内接例
16、题 1.用伏安法测一节干电池的电动势E 和内电阻r,所给的器材有:A.电压表 V(03 V15 V)B.电流表 A(0-0.6 A3 A)C.变 阻 器 品(0-20Q)D.变 阻 器&(0-100 Q)E.开关S,导线若干（1）电压表选用_ _ _ _ _ _ _ _ 量程，电流表选用_ _ _ _ _ _ _ _ 量程，滑 动 变 阻 器 选 用。（填器材前面的字母序号）（2）画出实验电路图。（3）如图所示的U-/图上是由实验测得的7 组数据点，请你完成图线，并由图线求出E=V,r=Q.（4）电 动 势 的 测 量 值 与 真 实 值 相 比,内阻的测量值与真实值相比 o （均填“偏大”、
17、“偏小”或“不变”）【答案】（1）03V 0-0.6 A C（2）如左图（3）如 右 图 1.5 0.5（4）偏小偏小UN【解析】（1）电压表选用03 V量福，电流表选用00.6 A量程，滑动变阻器选用总阻值小的C。(2)干电池电阻较小，电流表应接在电压表所在支路内侧(3)根据描出的点作U-/图象，可知电源的电动势E=l.5 V,内阻，=L5To C =0.5 A。1.0 0(4)由于电压表的分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，短路电流等于真实值，电源的U-/图象如图所示，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值也小于真实值。例 题2.（2017 江苏省海头高中、海州高中高二上学期期中联
18、考）某研究小组收集了两个电学元件：电阻症（约为2k Q）和手机中的锂电池（电动势后标称值为3.7 V,允许最大放电电流为100mA）。实验室备有如下器材：A.电压表V（量程3 V,电阻吊约为4.0k Q）B.电流表Ai（量 程100mA,电阻品约为5。）C.电流表儿（量程2mA,电阻几约为50Q）I）.滑动变阻器6（04 0 Q,额定电流1A）E.电阻箱尼（。999.9Q）F.开关S一只、导线若干（1）实验一：为了尽量准确测定电阻尼的阻值，小明设计了一电路，如 图1所示为其对应的实物图，图中的电流 表A应 选A?（选 填“A J或A?”）。请将实物连线补充完整 如解析图。请判断用此电路测出来的
19、瓜较真实值相比 偏大（填“偏大”或“偏小”）。（2）实验二：为测量锂电池的电动势 和内阻r,某同学设计了如图2所示的电路图。求 出,J的关系式是U 1 2，根据测量数据作出图象，如图3所示 若该图线的斜率为上纵轴截距为6,则该锂电池的电动势_ _ _ _,内阻（用在和。表示）。r 1 1 k【答案】（1）A 2,如图，偏 大（2）/=丽E=厂;r=zfj o【解析】（1）电压表量程是3V,通过待测电阻的最大电流/=方=品;=0.0 0 1 5 A=1.5 m A,因此电流表应选A z；待测电阻尼阻值约为2 k 0,滑动变阻器后与电阻箱后最大阻值均小于待测电阻阻值，变阻器采用限流接法时待测电阻电
20、压与电流变化范围较小，不能测多组实验数据，为测多组实验数据，减小实验误差，滑动变阻器应采用分压接法;4=粤=4 0,=蟋=2,脸,电流表应该采用内接法，实物电路图如图所示.因为电流表内阻的分压作K OU no Z U U U /（A/W用，使电压表示数偏大，则由欧姆定律可知，测量出的电阻值偏大；1 r 1（2）由图乙所示电路可知，E=U+I r=U+-r,财 =瓦+因此图象的纵轴截距方=1 电动1 Y*k势 图 象 的 斜 率 上=则电源内阻=彳【实战演练】1.（2 0 1 8 广东湛江调研）某研究小组收集了两个电学元件：电阻R。（约为5Q）和旧电池（电动势约为3V）。实验室备有如下器材：A.
21、直流电压表、V2（量程均为3 V,内阻均约为3 k Q）B.电流表A （量程30 0 m A,内阻为5Q）C.滑动变阻器R 1,最大阻值为2 0D.开关S一只，导线若干丙（1）为了尽量准确测定电阻R O 的阻值，小组设计了一个电路.，如图所示为其对应的实物图，请用.笔画线代替导线将实物连线补充完整。（2.）为测量电池的电动势E和内阻r,小组设计了如图乙所示的电路图。某次实验中电压表的示数如图丙所示,则电压表读数是_ _ _ _ _K（3）根据图乙所示的电路图，分 别 用 E、r、就表示电源的电动势、内阻和定值电阻值，则 口 与 L 的函数关系式为。实验中移动滑动变阻器触头，读出直流电压表、”的
22、多组数据、%描 出 员图象如图丁所示，图中直线的斜率为k,与 横 轴 的 截 距 为 b,则 电 源 的 电 动 势 E=,内 阻 r=（用 k、b、后表示）。【参考答案】（9分）（1）如右图。（2 分）（2）2.2 4 2.2 6（2 分）r+/?（,ER。八 bk,/?八（2）UF-（2 分）（2 分）2-（2 分）r r k-k-【解析】（1）由于待测阻值约5Q,远小于电压表内阻，采用外接法。(2)根据读数规则知 2.2 5 V.R=2 2 k Q ,1=2 4 3 P A(3)图乙，E=U 2+I r,1=(U 2-U 1)/R 0,解得 U l=(r+R 0)U 2/r-E R 0/r。所以U 1 U 2 图得斜率K=(r+R 0)/r,解的电源内阻r=R 0/(KT);当 U l=0 时,截 距 b=E R O/(R O+r),得巾1 /0 4。所以，通过电阻箱的电流加：用 U表示电阻箱两端电压，则用即：r RR1 _8_T