2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义：第十四章实验与探究第3讲

第3讲　电学实验(一)
实验7：测绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验原理
用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来.
二、实验电路图及器材
如图1所示.

图1
小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔.
三、实验步骤
1.确定电表量程，按照实验电路图连接电路.
2.将滑动变阻器滑片滑到a端，闭合开关，使电压从0开始变化.
3.移动滑片，测出多组不同的电压与电流值.
4.在坐标纸上以I为纵轴，以U为横轴，建立坐标系.在坐标纸上描出各组数据所对应的点，将各点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线.
5.拆除电路，整理器材.
四、实验器材选取
1.原则：(1)安全；(2)精确；(3)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)电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上.
(5)从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻阻值相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器.
五、电流表内接法与外接法的比较

电流表内接法
电流表外接法
电路图


误差
原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻
测量值
R测＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝＝1 V后，小灯泡电阻R随温度T的升高而_______(选填“增大”或“减小”).

图5
答案　(1)D　(2)10　增大
解析　(1)要使灯泡两端的电压由0逐渐增加到3 V，测绘小灯泡的伏安特性曲线应采用分压式接法，同时因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，故电路图应选择D；
(2)由题图可知，当电压为1.0 V时，电流为0.10 A，则由欧姆定律可知：R＝＝ Ω＝10 Ω；U>1 V后，I－U图象上各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数.由题图可知，此斜率越来越小，说明电阻在增大.
5.在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知、横截面积均为S＝0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图6所示的实验电路.M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点.在实验过程中，电流表读数始终为I＝1.25 A，电压表读数U随OP间的距离x的变化如下表：

图6
x/mm
600
700
800
900
1 000
1 200
1 400
U/V
4.00
4.50
5.10
5.90
6.50
6.65
6.82
x/mm
1 600
1 800
2 000
2 100
2 200
2 300
2 400
U/V
6.93
7.02
7.15
7.85
8.50
9.05
9.75

(1)绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；
(2)求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较.
答案　见解析
解析　(1)以OP间距离x为横轴，以电压表读数U 为纵轴，描点、连线绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线.


(2)根据电阻定律R＝ρ可得ρ＝R·＝·.
则ρa＝ Ω·m＝1.00×10－6 Ω·m
ρb＝ Ω·m＝1.04×10－7 Ω·m
ρc＝ Ω·m＝1.04×10－6 Ω·m
通过计算可知，金属丝a与c电阻率接近，远大于金属丝b的电阻率.
6.(2018·浙江4月选考·18)(1)小明用多用电表测量一小段2B铅笔芯的电阻Rx，正确的操作顺序是________(填字母)；
A.把选择开关旋转到交流电压最高挡
B.调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零点
C.把红、黑表笔分别接在Rx两端，然后读数
D.把选择开关旋转到合适的挡位，将红、黑表笔接触
E.把红、黑表笔分别插入多用电表“＋”、“－”插孔，用螺丝刀调节指针定位螺丝，使指针指0
(2)小明正确操作后，多用电表的指针位置如图7所示，则Rx＝________ Ω；

图7
(3)小张认为用多用电表测量小电阻误差太大，采用伏安法测量.
现有实验器材如下：电源(电动势3 V，内阻可忽略)，
电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)，
多用电表(2.5 mA挡、25 mA挡和250 mA挡，对应的内阻约40 Ω、4 Ω和0.4 Ω)，
滑动变阻器RP(0～10 Ω)，
定值电阻R0(阻值10 Ω)，
开关及导线若干.
测量铅笔芯的电阻Rx，下列电路图中最合适的是________(填字母)，多用电表选择开关应置于________挡.


答案　(1)EDBCA　(2)2.9　(3)B　250 mA
解析　(1)多用电表应先进行机械调零，再进行欧姆调零，用完电表后再把电表挡位调整到交流电压最高挡或者OFF挡，机械调零的步骤是E，欧姆调零的步骤是D、B，测电阻的步骤是C，最后的步骤是A，所以正确操作顺序是EDBCA.
(2)所选挡位为×1，则读数为2.9 Ω.
(3)电压表量程3 V，电源电动势3 V，电路C不能使电压表发生明显偏转，故选项C错误；被测总电阻是13 Ω左右，最大电流约为230 mA，所以电流表选择量程250 mA，结合电表内阻可知，被测电阻属于小电阻，所以采用电流表外接法，选项A错误；电路D中电压表不会随着滑动变阻器阻值的变化而变化，故选项D错误.