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1、2024版高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十一描绘小灯泡的伏安特性曲线学案新人教版实验十一描绘小灯泡的伏安特性曲线实验知识自主回顾SHI YAN ZHI SHI ZI ZHU HUI GU一、实验目的1掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法。2掌握伏安特性曲线的描绘方法。3理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是一条直线。二、实验原理根据欧姆定律，在纯电阻电路中，当电阻的阻值恒定时，电阻两端的电压和通过电阻的电流成线性关系，UI图像是一条直线；如果电阻的阻值是变化的，UI图像不再是一条直线。本实验用伏安法测出小灯泡两端电压及电流，描绘出小灯泡的UI图像。实验电路如图所示。对一只灯泡来说，不正常发光和正
2、常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍，所以，它的伏安特性曲线是一条曲线。三、实验步骤1按如图所示的电路原理图连接电路，在闭合开关前变阻器的滑片靠近图中所示的A端。2闭合开关，移动滑片P，读出十几组U、I值，并记录在表格中。3建立UI坐标系，将所得几组U、I值在坐标上描出所对应的点。4用平滑的曲线将各点连接起来，即为UI图像。四、数据处理实验中，在调节滑动变阻器的滑片位置改变灯泡两端电压时，尽量使灯泡的电压变换有规律，再对应地读电流值，然后再根据所取的电压、电流的最大值，选取适当的横、纵坐标分度，描点画图，这样可以使所取的点在坐标平面内分布的尽量大而且分布疏密程度均匀一些。五、实验器材选取1
3、原则：安全；精确；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)滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。六、误差分析1由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。2电流表、电压表的读数带来误差。3在坐标纸上描点、作图带来操作误差。七、注意事项1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本实验要作出UI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
4、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电路图中的A端。4IU图像在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右绘点要密，以防出现很大误差。5电流表选择0.6 A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定。6当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录I后马上断开开关。7误差较大的点要舍去，IU图像应是平滑曲线而非折线。8建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一教材原型实验例1(2021甘
5、肃模拟)为描绘一只规格为“2.8 V1.6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，某同学给了以下器材：A干电池组E(电动势3 V)B滑动变阻器R(最大电阻5 )C电流表A1(量程00.6 A，内阻约0.5 )D电流表A2(量程03 A，内阻约0.1 )E电压表V1(量程03 V，内阻约3 k)F电压表V2(量程015 V，内阻约15 k)G开关一个，导线若干。(1)实验应选用的电流表是C，电压表是E。(填器材前面的字母序号)(2)测量电路应采用电流表外接(填“内接”或“外接”)法，控制电路应采用滑动变阻器分压式(填“限流式”或“分压式”)接法。(3)如图，作出的IU图像中a(填“a”“b”或“c”)图线
6、比较符合小灯泡的伏安特性曲线。解析(1)由于小灯泡的额定电压为2.8 V，所以电压表应选E，小灯泡的额定电流为I A0.57 A，所以电流表应选C；(2)由于小灯泡的电阻较小，所以电流表用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线时小灯泡电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式接法；(3)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，IU图像中图线上点的横坐标与纵坐标的比值表示小灯泡的电阻，所以IU图像中a图线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。方法总结仪器选取及电路选取需要注意的三个问题 (1)应根据电路中的最大电压与最大电流来选择电压表与电流表的量程；(2)当实验要求电压或电流从零调节或当滑动变阻器的最大电阻远
7、小于待测电阻时，滑动变阻器应采用分压式接法；(3)当待测电阻满足时，电流表采用外接法，满足，故测量值比真实值要大。方法二、电桥法电桥法是测量电阻的一种特殊方法，其测量原理电路如图所示，实验中调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有，由以上两式解得R1RxR2R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值。在上面的电路中：(1)当时，UAB0，IG0。(2)当0，IG0，且方向：AB。(3)当时，UAB0，IG0，且方向：BA。例2某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为10
8、0 A，内阻大约为2 500 )的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2 000 )；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 )；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。图(a)(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。图(b)答案(2)完成下列填空：R1的阻值为20 (选填“20”或“2 000”)。为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的左端(选填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1。将R1的滑片置于
9、适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势相等(选填“相等”或“不相等”)。将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为2 550 (结果保留到个位)。(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。解析(1)实物连线如图所示。(2)R2起分压作用，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20 ；为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左端，确保微安表两端
10、电压为零；反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等；将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。说明，解得RA2 550 。(3)要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。方法三、安安法若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。(1)如图甲所示，当两电流表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，可测得A2的内阻R2。(2)如图乙所示，当两电流表的满偏电压UA2UA1时，如果已知A1的内阻R1
11、，A1串联一定值电阻R0后，同样可测得A2的电阻R2。例3某同学利用如图甲所示的电路测量一表头的电阻。供选用的器材如下：甲乙丙A待测表头G1，内阻r1约为300 ，量程5.0 mA；B灵敏电流计G2，内阻r2300 ，量程1.0 mA；C定值电阻R1 200 ；D滑动变阻器R120 ；E滑动变阻器R22 000 ；F电源，电动势E3.0 V，内阻不计；G开关S，导线若干。(1)在如图乙所示的实物图上将导线补充完整；答案(2)滑动变阻器应选D(填写器材前的代号)。开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动至a(填“a”或“b”)端；(3)实验中某次待测表头G1的示数如图丙所示，示数为3.00mA；(
12、4)该同学多次移动滑片P，记录相应的G1、G2读数I1、I2；以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线。已知图线的斜率k0.18，则待测表头内阻r1270 。(5)该同学接入电阻R的主要目的是保护G2，使两表均能达到接近满偏。解析(1)实物连线如图：(2)因为滑动变阻器要接成分压电路，则应选择阻值较小的D；开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动至a端；(3)待测表头G1的示数为3.00 mA；(4)由欧姆定律可知：I1r1I2(Rr2)，即I2I1，则k0.18，解得r1270 ；(5)该同学接入电阻R的主要目的是：保护G2，使两表均能达到接近满偏。方法四、伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当
13、作电流表、电压表和定值电阻来使用。(1)如图甲所示，两电压表的满偏电流接近时，若已知V1的内阻R1，则可测出V2的内阻R2R1。(2)如图乙所示，两电压表的满偏电流IV1IV2时，若已知V1的内阻R1，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻R2。例4用以下器材可测量电阻Rx的阻值。A待测电阻Rx，阻值约为600 B电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计C毫伏表V1，量程为0500 mV，内阻r11 000 D电压表V2，量程为06 V，内阻r2约为10 k，E电流表A，量程为00.6 A，内阻r3约为1 F定值电阻R0，R060 G滑动变阻器R，最大阻值为150 H开关S一个，导线
14、若干(1)测量中要求两块电表的读数都不小于其量程的1/3，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。答案(2)若选测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx，式中各符号的意义是：U1为毫伏表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为毫伏表的内阻，R0为定值电阻。(所有物理量用题中代表符号表示)解析(1)电路的最大电流为I0.01 A，电流表量程太大，可以把毫伏表并联一个定值电阻改装成电流表，电压表选择V2即可，要求测量多组数据，滑动变阻器需用分压式接法，电路如图。(2)流过被测电阻的电流为I被测电阻阻值为Rx方法五半偏法1利用电流表半偏测电流表的内阻
15、(1)实验原理(如图)(2)实验步骤R1调至阻值最大，闭合S1调R1的阻值使示数达到满偏值。保持R1阻值不变，闭合S2，调节R2使示数达到满偏值一半，同时记录R2的值。RAR2。2利用电压表半偏测电压表的内阻(1)实验原理(如图)(2)如图所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下：滑动变阻器的滑片滑至最右端，电阻箱的阻值调到最大；闭合S1、S2，调节R0，使表示数指到满偏刻度；断开S2，保持R0不变，调节R，使表指针指到满刻度的一半；由上可得RVR。例5(2020安徽池州月考)某探究小组为了研究用“半偏法”测电阻和改装电表，先用“半偏法”测量程为0100 A的电流表G的电阻，再将电流表G改装成电压
16、表。(1)首先采用如图甲所示的实验电路测量该电流表G的内阻Rg，图中R1为滑动变阻器、R2为电阻箱。他按电路图连接好电路，将R1的阻值调到最大，闭合开关S1后，他应该正确操作的步骤是BDA。(选出下列必要的步骤，并将其序号排序)A记下R2的阻值B调节R1的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度C闭合S2，调节R1和R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半D闭合S2，保持R1的阻值不变，调节R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半(2)如果按正确操作步骤测得R2的阻值为100 ，则测得Rg的阻值大小为100 ；与电流表电阻的真实值Rg相比，Rg”“”或“”)。(3)将上述电流表G串联一个29
17、900 的电阻，改装成电压表，该电压表的量程是03 V。用它来测量电压时，表盘指针位置如图乙所示，此时电压表的读数大小为2.6 V。解析(1)本题是使用半偏法测电流表的内阻，故调节R1的阻值，先使电流表的指针偏转到满刻度，然后再闭合S2，保持R1的阻值不变，调节R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半，故操作顺序为BDA。(2)此时R2的阻值与Rg的阻值相等，故Rg的阻值大小也为100 。随着S2的闭合，整个电路中的电流将会变大，但实际上我们仍然是按照电流不变时的电流来计算的，通过电阻箱R2的电流将比通过电流表G的电流要大，又因为R2与G并联，电压相同，所以实际的电阻值读数R2将小于灵敏电
18、流表的电阻(内阻)。所以用半偏法测电阻测出的电阻要小于实际电阻。(3)电流表G与一较大的电阻串联即可改装成电压表。UIgRIgRg104(10029 900) V3 V，此时指针位置所指示的电压读数为2.6 V。专题强化训练1某同学利用图甲中的电路测量电流表的内阻RA(约为5 )，图中R1是滑动变阻器，R2是电阻箱，S1和S2为开关。已知电流表的量程为10 mA。 (1)请根据电路图连接图乙中的实物图；答案(2)断开S2，闭合S1，调节R1的阻值，使满偏；保持R1的阻值不变，闭合S2，调节R2，当R2的阻值如图丙所示时，恰好半偏。若忽略S2闭合后电路中总电阻的变化，则可知RA4.9 ；(3)考
19、虑电路中总电阻的变化，则电流表的内阻RA的测量值R测和真实值R真相比，R测l1Bl4l3Cl1l3Dl2l4解析本题考查对弹力的理解。作用效果相同，故弹簧的弹力均为F。中物块会有加速度，物块对弹簧的拉力仍等于F，可知l1l2l3l4，故D正确。5(2021天津耀华中学月考)如图所示，一长直木板的上表面放有一小物块，当木板以远离物块的一端O为轴，由水平位置缓慢向上转动(角变大)时，则物块受到的摩擦力Ff随转过的角度变化的图像可能是图中的(C)解析本题考查摩擦力的突变问题。物块受到的摩擦力在开始为静摩擦力，fmgsin ，按正弦规律变化；而滑动后，fmgcos ，接余弦定律变化，故C正确。6(20
20、21山东济南一中月考)如图所示，某竖直弹射装置由两根劲度系数为k的轻弹簧以及质量不计的底盘构成，当将质量为m的物体竖直射向空中时，底盘对物体的支持力为6mg(g为重力加速度)，已知两根弹簧与竖直方向的夹角为30，则此时每根弹簧的伸长量为(D)ABCD解析本题通过弹簧组考查胡克定律的应用。物体受重力和支持力，根据牛顿第二定律，有Nmgma，其中N6 mg，解得a5g。再对质量不计的底盘和物体m整体受力分析，整体受重力和两个拉力，根据牛顿第二定律，在竖直方向满足2Fcos 30mgma，解得F2mg。根据胡克定律，有x，故D正确。7如图甲、乙所示，物体A、B在力F的作用下一起以相同的速度沿F方向匀
21、速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是(D)A两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同B两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反C两图中物体A均不受摩擦力D图甲中物体A不受摩擦力，图乙中物体A受摩擦力，方向和F相同解析甲图中A做匀速直线运动，合外力为零，水平方向不受外力，故甲图中A没有相对于B的运动趋势，故A不受摩擦力；乙图中A也处于平衡状态，但A的重力使A有沿B上表面下滑的趋势，故B对A有向上的摩擦力，即A受与F方向相同的摩擦力，故D正确。8(2020北京师大附中期中)如图，两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为k1、k2，它们一端固定在质量m的物体上，另一端分别固定在Q、P上，当物体平衡时上面的弹簧处于原长，若把固定的物体换成质量为2m的物体(弹簧的长度不变，且弹簧均在弹性限度内)，当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则x为(A)ABCD解析本题考查胡克定律在弹簧串联体中的应用。当物体的质量为m时，下方弹簧被压缩的长度为x1。当物体的质量变为2m时，设物体下降的高度为x，则上方弹簧伸长的长度为x，下方弹簧被压缩的长度为x1x，两弹簧弹力之和等于2mg，由胡克定律和平衡条件得k2xk1(x1x)2mg，联立解得x，故选A。9(2021安徽师大附中月考)如图所示，一长方形木板放置在水平地面上，在长方形木板的上方有一条状竖直挡板，挡板