2018高考物理第一輪復習 專題 電學實驗（二）學案 魯科版

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1、 電學實驗（2） 【本講教育信息】 一. 教學內(nèi)容： 電學實驗（2） 二. 本章的知識點 （一）描繪小燈泡的伏安特性曲線 【實驗目的】掌握實驗電路的連接及滑動變阻器對電路的控制，能夠收集實驗數(shù)據(jù)并依此描繪小燈泡的伏安特性曲線，會分析曲線的變化規(guī)律。 【實驗原理】在純電阻電路里，根據(jù)部分電路歐姆定律I=U/R可知：當電阻阻值恒定時，通過電阻的電流I和電阻兩端的電壓U呈線性關系，也就是I—U曲線是一條過原點的直線。由電阻定律知道，導體的電阻會隨著溫度的變化而發(fā)生變化，如果溫度變化不大，一般導體電阻改變很小，可以認為導體的電阻是沒有改變的。但是，在本實驗中，小燈泡由暗逐漸變到正

2、常發(fā)光，溫度發(fā)生了很大的變化，所以燈絲電阻也就發(fā)生了較大的變化。這樣，在燈泡兩端電壓由小變化到額定電壓時，描繪出的伏安特性曲線就不是一條直線，而是一條曲線。為了使曲線畫得較準確，實驗中必須讀取12組左右不同的電壓值和電流值，同時要求小燈泡兩端的電壓變化范圍盡可能大一些，所以滑動變阻器必須如圖中所示連接成分壓電路。由于小燈泡的電阻和電流表的內(nèi)阻都比較小，伏特表的內(nèi)阻卻較大，所以伏特表應當如圖中所示直接并聯(lián)在小燈泡兩端，即采用電流表外接法，否則，實驗將產(chǎn)生很大的誤差。I—U曲線畫出后，我們可以讀出曲線上任一點的橫坐標U和縱坐標I的數(shù)值，然后根據(jù)R=U/I，計算出該點的電阻值R。 【實驗器材】

3、學生電源（4~6V直流），小燈泡（“4V，0.7A”或“3.8V”，“0.3A”），電流表（內(nèi)阻較小），電壓表（內(nèi)阻很大），滑動變阻器，電鍵和導線若干。 【實驗步驟】 1. 確定電流表、電壓表的量程，照上圖所示連好電路。（注意開關應斷開，滑動變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為零）。 2. 閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I值。 3. 逐漸將滑動變阻器的阻值調大，測量并記錄約12組U值和I值。 4. 斷開開關S，整理好器材。 5. 在坐標紙上，以U為橫坐標，I為縱坐標建立直角坐標系，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點，然后用平滑的曲線將1

4、2個點連接起來得到I—U圖線。（注意：連接各點時，不要出現(xiàn)折線） 實驗數(shù)據(jù)記錄表 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 電壓U/V 電流I/A 【實驗結論】描繪出的圖線是一條_________線。它的斜率隨電壓的增大而_________，這表明小燈泡的電阻隨電壓（溫度）升高而_________。 【注意事項】 1. 根據(jù)小燈泡上的標稱值，正確選擇電壓表和電流表的量程。 2. 電流表須串聯(lián)在被測電路中，且讓電流從“+”接線柱流進，從

5、“－”接線柱流出；電壓表須并聯(lián)在被測電路的兩端，且讓“+”接線柱接高電勢端?！埃苯泳€柱接低電勢端。 3. 由于小燈泡阻值較小，因此采用電流表外接法。 4. 研究小燈泡伏安特性時，電壓須從零起連續(xù)變化，且變化范圍較寬，因此滑動變阻器應采用分壓式接法。 5. 調節(jié)滑動變阻器時，要注意控制加在小燈泡兩端的電壓值，不能讓加在燈泡兩端的電壓超過燈泡的額定電壓。 6. 為了減小誤差，在作圖時，所選分度比例要恰當，應使12個點在坐標平面內(nèi)分布在一個盡量大的范圍內(nèi)，且疏密程度盡量均勻些。 7. 在I—U圖線中，圖線斜率倒數(shù)的大小反映小燈泡的電阻大小，此時圖線斜率并非為圖線上某點

6、的切線斜率，而是該點與原點連線的斜率。 （二）測量電源的電動勢和內(nèi)電阻 【實驗目的】會利用電流表和電壓表正確連接電路測出路端電壓和流過電源的電流；掌握利用閉合電路歐姆定律求電源的電動勢和內(nèi)阻的原理和方法；會用“計算法”和U—I圖線處理實驗數(shù)據(jù)，求解得出電源的電動勢和內(nèi)阻。 【實驗原理】實驗電路如圖所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律，可得路端電壓。由于電源電動勢和內(nèi)阻r不隨外電路負載變化而改變，這樣通過改變滑動變阻器的阻值，用電壓表和電流表測出每種狀態(tài)下的U、I值，列出兩個方程，即可求出電動勢和內(nèi)電阻r。也可以利用所得數(shù)據(jù)描繪U—I圖線，通過圖像求得電源的電動勢和內(nèi)阻。下面就對兩種數(shù)據(jù)處理方法

7、分別加以說明。 （1）計算法（代數(shù)法）：調節(jié)滑動變阻器，記下電路中產(chǎn)生的電流、，以及對應的路端電壓、，然后根據(jù)，聯(lián)立求解，可得電動勢，內(nèi)阻。 （2）圖像法：根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：，說明路端電壓U是I的一次函數(shù)，調節(jié)滑動變阻器，分別記錄下很多組對應的U、I值，在坐標紙上建立U—I坐標系，依據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標系中畫出相應的點，作一條直線使之通過盡可能多的點，并使不在直線上的點盡可能均勻的分布在兩旁。如圖所示，延長這條直線，讀出它與U軸相交點的值，此值即為斷路時的路端電壓，等于電源電動勢；這條直線與I軸的交點表示U=0（外電路短路）時的電流，而且=/r，由此可計算出內(nèi)阻r=/I短。（在處

8、理圖像時，還要注意看縱軸坐標是否從零開始，若不是，此時直線與I軸的交點不再表示短路電流，并且計算內(nèi)阻時應用。） 【實驗器材】待測電源，電壓表（0~3V），電流表（0~0.6A），滑動變阻器（10Ω），開關、導線若干。 【實驗步驟】 1. 電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按實驗原理圖連接好電路。 2. 把滑動變阻器的滑動片移到使接入電路阻值最大的一端。 3. 閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（、），用同樣方法測量幾組I、U的值并填入表格中。 4. 打開開關，整理好器材。 5. 處理數(shù)據(jù)，用計算法和圖像法兩種方法求出電動勢和內(nèi)

9、電阻的值。 實驗數(shù)據(jù)記錄表 測量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 電壓U/V 電流I/A 所測電源的電動勢=_______V，內(nèi)阻r=_______Ω。 【注意事項】 1. 為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的1號干電池。 2. 干電池在大電流放電時，電動勢會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時間放電不宜超過0.3A，短時間放電不宜超過0.5A。因此，實驗中不要將I調得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。 3. 要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要

10、將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出、r值再求平均。 4. 在畫U—I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側。個別偏離直線太遠的點可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分的抵消，從而提高精確度。 5. 干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U的變化也較小，即不會比電動勢小很多，這時，在畫U—I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當值開始（橫坐標I必須從零開始）。但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流。不過直線斜率的絕對值照樣還是電源的內(nèi)阻。 6. 在連接電路時要正確選用電壓表和電流表的量程，并

11、注意正確連接表上的“+”“－”接線柱。 7. 由于本實驗的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，為了減小這個系統(tǒng)誤差，滑動變阻器R的阻值應該小一些，所選用的電壓表的內(nèi)阻應該大一些。 【典型例題】 例題1、小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大，某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡的電流和電壓）： I（A） 0.12 0.21 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

12、）在方框中畫出實驗電路圖?？捎玫钠鞑挠校弘妷罕?、電流表、滑線變阻器（變化范圍0~10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導線若干。 （2）在坐標中畫出小燈泡的U—I曲線。 （3）如果有一個電池的電動勢是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω。問：將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實際功率是多少？（簡要寫出求解過程；若需作圖，可直接畫在上小題的方格圖中） 【解析】 （1）采用滑動變阻器分壓接法、電流表外接法 （2）描點作圖：過原點的一條斜率逐漸增加的曲線 （3）在圖中作出電源的U=－Ir圖線，該圖線與小燈泡的U－I曲線相交于一點，由此可得小燈泡工作的電流為0.35A，工作電壓為0.8V，實際功率

13、為0.28W 例題2、在用電流表和電壓表測電源的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，所用的電流表和電壓表的內(nèi)阻分別約為0.1Ω和1kΩ，如圖為所需的實驗器材。 （1）請你把它們連成實驗電路，注意兩個電表要選用適當量程，并要求變阻器的滑動片在左端時其電阻值最大。 （2）一位同學記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫出U—I圖線，根據(jù)圖線求出電源的電動勢和內(nèi)電阻，所測電源的電動勢=_______V，內(nèi)阻r=_______Ω。 I（A） 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U（V） 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05

14、 【解析】實物連線的時候注意，電流表選擇0.6A，電壓表選擇3V，并且電壓表連在滑動變阻器和電流表兩端。 =1.46V r=0.72Ω 例題3、用一只電流表和一只電壓表測電源的電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路有如下兩種，如圖所示，試分析分別采用兩種電路測量時，系統(tǒng)誤差的來源以及各自的誤差情況。 【解析】采用電路甲圖時，系統(tǒng)誤差來源于電壓表的分流，采用乙圖時，系統(tǒng)誤差來自電流表的分壓。下面采用圖像法分析采用兩種不同的測量電路時，各自誤差情況。無論采用哪種電路由閉合電路歐姆定律都可以得到U=－Ir圖線。而對于圖甲的電路應為：即于點（U，I）對應的坐標應該為（U，），因而各點的坐標調整如圖虛線所示，很容易得到、，即電動勢與內(nèi)阻的測量值都比真實值小。而對于乙圖同樣的分析方法得到：做得它的測量圖像如圖中的第二條虛線所示，很容易得到、。 5