2018高考物理第一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題 電學(xué)實(shí)驗(yàn)（二）學(xué)案 魯科版.doc

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電學(xué)實(shí)驗(yàn)（2） 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 電學(xué)實(shí)驗(yàn)（2） 二. 本章的知識(shí)點(diǎn) （一）描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn) 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆諏?shí)驗(yàn)電路的連接及滑動(dòng)變阻器對(duì)電路的控制，能夠收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并依此描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，會(huì)分析曲線(xiàn)的變化規(guī)律。 【實(shí)驗(yàn)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(dāng)電阻阻值恒定時(shí)，通過(guò)電阻的電流I和電阻兩端的電壓U呈線(xiàn)性關(guān)系，也就是I—U曲線(xiàn)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。由電阻定律知道，導(dǎo)體的電阻會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生變化，如果溫度變化不大，一般導(dǎo)體電阻改變很小，可以認(rèn)為導(dǎo)體的電阻是沒(méi)有改變的。但是，在本實(shí)驗(yàn)中，小燈泡由暗逐漸變到正常發(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(shí)，描繪出的伏安特性曲線(xiàn)就不是一條直線(xiàn)，而是一條曲線(xiàn)。為了使曲線(xiàn)畫(huà)得較準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中必須讀取12組左右不同的電壓值和電流值，同時(shí)要求小燈泡兩端的電壓變化范圍盡可能大一些，所以滑動(dòng)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(yīng)當(dāng)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(shí)驗(yàn)將產(chǎn)生很大的誤差。I—U曲線(xiàn)畫(huà)出后，我們可以讀出曲線(xiàn)上任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)U和縱坐標(biāo)I的數(shù)值，然后根據(jù)R=U/I，計(jì)算出該點(diǎn)的電阻值R。 【實(shí)驗(yàn)器材】學(xué)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?。妷罕恚▋?nèi)阻很大），滑動(dòng)變阻器，電鍵和導(dǎo)線(xiàn)若干。 【實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為零）。 2. 閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(dòng)變阻器的阻值調(diào)大，測(cè)量并記錄約12組U值和I值。 4. 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，整理好器材。 5. 在坐標(biāo)紙上，以U為橫坐標(biāo)，I為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后用平滑的曲線(xiàn)將12個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)得到I—U圖線(xiàn)。（注意：連接各點(diǎn)時(shí)，不要出現(xiàn)折線(xiàn)） 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論】描繪出的圖線(xiàn)是一條_________線(xiàn)。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(xiàng)】 1. 根據(jù)小燈泡上的標(biāo)稱(chēng)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(cè)電路中，且讓電流從“+”接線(xiàn)柱流進(jìn)，從“－”接線(xiàn)柱流出；電壓表須并聯(lián)在被測(cè)電路的兩端，且讓“+”接線(xiàn)柱接高電勢(shì)端。“－”接線(xiàn)柱接低電勢(shì)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(shí)，電壓須從零起連續(xù)變化，且變化范圍較寬，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法。 5. 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，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(guò)燈泡的額定電壓。 6. 為了減小誤差，在作圖時(shí)，所選分度比例要恰當(dāng)，應(yīng)使12個(gè)點(diǎn)在坐標(biāo)平面內(nèi)分布在一個(gè)盡量大的范圍內(nèi)，且疏密程度盡量均勻些。 7. 在I—U圖線(xiàn)中，圖線(xiàn)斜率倒數(shù)的大小反映小燈泡的電阻大小，此時(shí)圖線(xiàn)斜率并非為圖線(xiàn)上某點(diǎn)的切線(xiàn)斜率，而是該點(diǎn)與原點(diǎn)連線(xiàn)的斜率。 （二）測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繒?huì)利用電流表和電壓表正確連接電路測(cè)出路端電壓和流過(guò)電源的電流；掌握利用閉合電路歐姆定律求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和方法；會(huì)用“計(jì)算法”和U—I圖線(xiàn)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求解得出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 【實(shí)驗(yàn)原理】實(shí)驗(yàn)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(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻r不隨外電路負(fù)載變化而改變，這樣通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值，用電壓表和電流表測(cè)出每種狀態(tài)下的U、I值，列出兩個(gè)方程，即可求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻r。也可以利用所得數(shù)據(jù)描繪U—I圖線(xiàn)，通過(guò)圖像求得電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。下面就對(duì)兩種數(shù)據(jù)處理方法分別加以說(shuō)明。 （1）計(jì)算法（代數(shù)法）：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記下電路中產(chǎn)生的電流、，以及對(duì)應(yīng)的路端電壓、，然后根據(jù)，聯(lián)立求解，可得電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)阻。 （2）圖像法：根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：，說(shuō)明路端電壓U是I的一次函數(shù)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，分別記錄下很多組對(duì)應(yīng)的U、I值，在坐標(biāo)紙上建立U—I坐標(biāo)系，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中畫(huà)出相應(yīng)的點(diǎn)，作一條直線(xiàn)使之通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，并使不在直線(xiàn)上的點(diǎn)盡可能均勻的分布在兩旁。如圖所示，延長(zhǎng)這條直線(xiàn)，讀出它與U軸相交點(diǎn)的值，此值即為斷路時(shí)的路端電壓，等于電源電動(dòng)勢(shì)；這條直線(xiàn)與I軸的交點(diǎn)表示U=0（外電路短路）時(shí)的電流，而且=/r，由此可計(jì)算出內(nèi)阻r=/I短。（在處理圖像時(shí)，還要注意看縱軸坐標(biāo)是否從零開(kāi)始，若不是，此時(shí)直線(xiàn)與I軸的交點(diǎn)不再表示短路電流，并且計(jì)算內(nèi)阻時(shí)應(yīng)用。） 【實(shí)驗(yàn)器材】待測(cè)電源，電壓表（0~3V），電流表（0~0.6A），滑動(dòng)變阻器（10Ω），開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干。 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1. 電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路。 2. 把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片移到使接入電路阻值最大的一端。 3. 閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(cè)量幾組I、U的值并填入表格中。 4. 打開(kāi)開(kāi)關(guān)，整理好器材。 5. 處理數(shù)據(jù)，用計(jì)算法和圖像法兩種方法求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的值。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 電壓U/V 電流I/A 所測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)=_______V，內(nèi)阻r=_______Ω。 【注意事項(xiàng)】 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(guò)一段時(shí)間的1號(hào)干電池。 2. 干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過(guò)0.3A，短時(shí)間放電不宜超過(guò)0.5A。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。 3. 要測(cè)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(shí)，要將測(cè)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(huà)U—I圖線(xiàn)時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線(xiàn)上或使各點(diǎn)均勻分布在直線(xiàn)的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線(xiàn)太遠(yuǎn)的點(diǎn)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(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫(huà)U—I圖線(xiàn)時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開(kāi)始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開(kāi)始（橫坐標(biāo)I必須從零開(kāi)始）。但這時(shí)圖線(xiàn)和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。不過(guò)直線(xiàn)斜率的絕對(duì)值照樣還是電源的內(nèi)阻。 6. 在連接電路時(shí)要正確選用電壓表和電流表的量程，并注意正確連接表上的“+”“－”接線(xiàn)柱。 7. 由于本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，為了減小這個(gè)系統(tǒng)誤差，滑動(dòng)變阻器R的阻值應(yīng)該小一些，所選用的電壓表的內(nèi)阻應(yīng)該大一些。 【典型例題】 例題1、小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大，某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)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）在方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖?？捎玫钠鞑挠校弘妷罕?、電流表、滑線(xiàn)變阻器（變化范圍0~10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線(xiàn)若干。 （2）在坐標(biāo)中畫(huà)出小燈泡的U—I曲線(xiàn)。 （3）如果有一個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω。問(wèn)：將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實(shí)際功率是多少？（簡(jiǎn)要寫(xiě)出求解過(guò)程；若需作圖，可直接畫(huà)在上小題的方格圖中） 【解析】 （1）采用滑動(dòng)變阻器分壓接法、電流表外接法 （2）描點(diǎn)作圖：過(guò)原點(diǎn)的一條斜率逐漸增加的曲線(xiàn) （3）在圖中作出電源的U=－Ir圖線(xiàn)，該圖線(xiàn)與小燈泡的U－I曲線(xiàn)相交于一點(diǎn)，由此可得小燈泡工作的電流為0.35A，工作電壓為0.8V，實(shí)際功率為0.28W 例題2、在用電流表和電壓表測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材。 （1）請(qǐng)你把它們連成實(shí)驗(yàn)電路，注意兩個(gè)電表要選用適當(dāng)量程，并要求變阻器的滑動(dòng)片在左端時(shí)其電阻值最大。 （2）一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫(huà)出U—I圖線(xiàn)，根據(jù)圖線(xiàn)求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，所測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)=_______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 【解析】實(shí)物連線(xiàn)的時(shí)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(dòng)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(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)電路有如下兩種，如圖所示，試分析分別采用兩種電路測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)誤差的來(lái)源以及各自的誤差情況。 【解析】采用電路甲圖時(shí)，系統(tǒng)誤差來(lái)源于電壓表的分流，采用乙圖時(shí)，系統(tǒng)誤差來(lái)自電流表的分壓。下面采用圖像法分析采用兩種不同的測(cè)量電路時(shí)，各自誤差情況。無(wú)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(xiàn)。而對(duì)于圖甲的電路應(yīng)為：即于點(diǎn)（U，I）對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)應(yīng)該為（U，），因而各點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整如圖虛線(xiàn)所示，很容易得到、，即電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的測(cè)量值都比真實(shí)值小。而對(duì)于乙圖同樣的分析方法得到：做得它的測(cè)量圖像如圖中的第二條虛線(xiàn)所示，很容易得到、。