思維突破
原型突破
重點講析
一、基本原理與操作
原理電路圖
操作要領(lǐng)
二、數(shù)據(jù)處理
(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標(biāo)系。
(2)在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點。
(3)將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線。
三、注意事項
1．電流表外接法：本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法。
2．滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接
3．保護元件安全：為保護元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于圖中的a端。加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓。
四、誤差分析
1．由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值。
2．測量時讀數(shù)帶來誤差。
3．在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差。
【例1】（2022·廣東惠州·二模）在用伏安法測量金屬絲的電阻（約為10Ω），并描繪出該金屬絲伏安特性曲線的實驗中，備有下列器材：
A．量程為0 ~ 0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω的電流表；
B．量程為0 ~ 3A，內(nèi)阻約為0.1Ω的電流表；
C．量程為0 ~ 3V，內(nèi)阻約為6kΩ的電壓表；
D．量程為0 ~ 15V，內(nèi)阻約為30kΩ的電壓表；
E．阻值為0 ~ 1kΩ，額定電流約為0.5A的滑動變阻器；
F．阻值為0 ~ 10Ω，額定電流約為2A的滑動變阻器；(1)連接電路：用導(dǎo)線進行實物連線
(2)測量與記錄：移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，填入自己設(shè)計的表格中
(3)畫圖象：畫I－U圖線
G．蓄電池電壓5V；
H．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。
（1）為了盡可能提高測量精度，且要求測量多組實驗數(shù)據(jù)，電流表應(yīng)選用_______；電壓表應(yīng)選用_______；滑動變阻器應(yīng)選用_______。（只填字母代號）
（2）在答題卡的方框內(nèi)畫出符合要求的實驗電路圖。_______
【答案】 A C F
【解析】（1）[1][2][3]電源電動勢為5V，選0 ~ 15V量程的電壓表讀數(shù)誤差較大，電壓表應(yīng)選C。通過電阻絲的最大電流約為
電流表應(yīng)選A；為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選F。
（3）[4]電壓從0開始測量，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法
則電流表應(yīng)采用外接法，實驗電路圖如圖所示
【例2】（2022·江蘇連云港·二模）小芳同學(xué)想利用實驗室的器材描繪出某電風(fēng)扇的伏安特性曲線。她通過說明書得到電風(fēng)扇的額定電壓為5.0V，額定功率約為2.5W。器材有：
電源E：電動勢為6.0V，內(nèi)阻忽略不計
電流表A1：量程0.6A，內(nèi)阻約為10Ω
電流表A2：量程100mA，內(nèi)阻為r2=4Ω
定值電阻R1=10Ω
定值電阻R2=50Ω滑動變阻器R3：最大阻值10Ω，最大電流0.5A
滑動變阻器R4：最大阻值3Ω，最大電流3A
滑動變阻器R5：最大阻值100Ω，最大電流3A
開關(guān)、導(dǎo)線等。
（1）滑動變阻器應(yīng)選用______（選填“R3”“R4”或“R5”）；為了精確測量數(shù)據(jù)，選用定值電阻_______（選填“R1”或“R2”），將電流表A2改裝成電壓表使用。
（2）請根據(jù)選用的實驗器材設(shè)計實驗電路，將最優(yōu)電路設(shè)計圖畫在圖甲虛線方框內(nèi)，電風(fēng)扇符號用M表示，需在圖中標(biāo)上所用元件對應(yīng)的符號________。
（3）小芳在實驗中發(fā)現(xiàn)，小電風(fēng)扇在電流較小時不能轉(zhuǎn)動。她多次測量描繪出I2一I1圖像如圖乙所示，其中I1為電流表A1的讀數(shù)，I2為電流表A2的讀數(shù)。當(dāng)I1為0.10A，I2為10mA時，小電風(fēng)扇的電阻為______Ω（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
（4）從小芳描繪的I2一I1圖像可以看出，隨著I2的不斷增大，I1先增大到某值時突然減小，造成這種現(xiàn)象的原因是______。
【答案】 R4 R2 6.0 電動機突然開始轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生了反電動勢
【解析】（1）[1]電風(fēng)扇的額定電壓為
額定功率為
電風(fēng)扇的額定電流為
由于要描繪出這臺電風(fēng)扇的伏安特性曲線，電壓需要從0調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式，使得串聯(lián)接入電路部分的電流有可能大于0.5A，所以為了防止滑動變阻器燒壞且操作方便，滑動變阻器選；
[2]通過電流表A2與電阻串聯(lián)改裝成電壓表，因電壓調(diào)節(jié)范圍為0～5.0V，需要串聯(lián)的電阻阻值為
所以選取固定電阻
改裝成電壓表，其量程為
（2）[3]因為電壓需從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法，因此電流表采用外接法，電路圖如圖所示
（3）[4]小電風(fēng)扇在電流表讀數(shù)小時電風(fēng)扇不能轉(zhuǎn)動，屬于純電阻電路，實驗數(shù)據(jù)得知為0.10A時，為
小電風(fēng)扇的電阻為
（4）[5]小電風(fēng)扇在電流較小時不能轉(zhuǎn)動，隨著電流的不斷增大，電動機突然開始轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生了反電動勢，所以先增大到某值時突然減小。
創(chuàng)新突破
重點講析
以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性等特點，常見創(chuàng)新點如下：
實驗原理的創(chuàng)新
1.分析小燈泡的電阻、電阻率的變化情況。
2.借助伏安特性曲線進行實驗數(shù)據(jù)處理，計算小燈泡的最小功率和最大功率。
【例1】（2022·安徽馬鞍山·三模）某同學(xué)進行“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗：要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整。已選用的器材有：
待測小燈泡（額定電壓為2.5V，額定功率為1.5W）；
電源（電動勢為3V，內(nèi)阻約1Ω）；
電流表（量程為0~0.6A，內(nèi)阻約5Ω）；
電壓表（量程為0~3V，內(nèi)阻為3kΩ）；
開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。
（1）實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選_____。（填寫器材前面的序號）
A．滑動變阻器（最大阻值5Ω，額定電流2A）
B．滑動變阻器（最大阻值100Ω，額定電流2A）
（2）描繪出小燈泡的I-U特性曲線如圖中實線所示，則可知該燈泡電阻隨電壓升高而____（填“增大”“減小”或“不變”）；已知圖中虛線為該燈泡兩端電壓為1.5V時I-U特性曲線的切線，則此時燈泡的實際阻值為_____Ω（保留兩位有效數(shù)字）。
（3）若將兩只完全相同的該燈泡串聯(lián)后與一電動勢為3V、內(nèi)阻為2Ω的電源串聯(lián)成閉合回路，則每只燈泡的實際功率為_______W（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。
【答案】 A 增大 2.8##2.7##2.6##2.9 0.45##0.46##0.47##0.48##0.49##0.50##0.51##0.52##0.53實驗器材及目的的創(chuàng)新
1.電路中增加R2和S2，作用是實驗前使電容器所帶的電荷中和。
2.實物連線圖隨之發(fā)生變化。
3.將測小電珠的伏安特性曲線改為測電容器充電時兩極間的U-t圖線。
實驗方案創(chuàng)新
1.由測小燈泡換成分析電源。
2.由伏安法測小燈泡伏安特性曲線，改為利用伏安特性曲線分析。
【解析】（1）[1]描繪小燈泡伏安特性曲線，需要將滑動變阻器采用分壓式接法，為方便實驗操作滑動變阻器應(yīng)選較小電阻，故選A；
（2）[2]小燈泡伏安特性曲線的割線斜率為小燈泡的電阻的倒數(shù)，則可知該燈泡電阻隨電壓升高而增大；
[3]燈泡兩端電壓為1.5V時，此時燈泡的實際阻值為
（3）[4]當(dāng)把兩只這樣規(guī)格的小燈泡串聯(lián)后直接接在電動勢為3V、內(nèi)阻為2Ω的電源上組成閉合回路時，設(shè)小燈泡的電壓為U，電流為I，由閉合電路歐姆定律可得
所以燈泡電壓
在U-I中作出上式的圖像，如下所示
圖線交點坐標(biāo)約為(0.45V，1.05A)，則每只燈泡的功率為
則每只燈泡的實際功率為0.45~0.53W。
【例2】（2022·湖南師大附中二模）表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)：
（1）分析上表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實驗電路圖是圖中的_________（填“甲”或“乙”）；
（2）在圖中的方格紙內(nèi)畫出小燈泡的曲線；________U/V
0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
（3）有人推論：如果燈泡兩端的電壓增大到3.5V，那么燈泡中通過的電流一定小于0.251A，你認為他的推論是否正確，_______為什么？_______。
（4）如圖丙所示，用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡組成串并聯(lián)電路，連接到內(nèi)阻不計、電動勢為3V的電源上。已知流過電阻R的電流是流過燈泡b電流的兩倍，則流過燈泡b的電流約為________A。
【答案】 甲 正確 見解析 0.210
【解析】（1）[1]由表格數(shù)據(jù)，燈泡電壓要從0開始變化，應(yīng)選擇分壓式電路，故選甲；
（2）[2]小燈泡的曲線如圖所示
（3）[3][4]正確，因為從圖線可知，電壓越高，燈絲電阻越大，因此3.5 V時的電阻肯定比3.0 V時大，假設(shè)此兩電壓下的電阻相等，則
解得
所以3.5V電壓對應(yīng)的實際電流I

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