物理第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)9 描繪小電珠的伏安特性曲線 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)9描繪小電珠的伏安特性曲線-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.描繪小電珠的伏安特性曲線。2.分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理1.測(cè)多組小電珠的U、I的值,并繪出I-U圖象。2.由圖象的斜率反映電流與電壓和溫度的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、坐標(biāo)紙、導(dǎo)線若干。-3-四、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接電路用導(dǎo)線連接成如圖所示電路。2.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片的位置,測(cè)出多組電壓值U和電流值I填入表格。3.拆除電路,整理儀器。-4-五、數(shù)據(jù)處理1.在坐標(biāo)紙上以U為橫軸,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(duì)應(yīng)的點(diǎn)。3.

2、將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來就得到小電珠的伏安特性曲線。六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響帶來的誤差。2.偶然誤差:(1)電壓表、電流表的讀數(shù)帶來的誤差。(2)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來的誤差。-5-七、注意事項(xiàng)1.電流表外接法:本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小電珠燈絲的電阻值較小,因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法。2.滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接本實(shí)驗(yàn)要作出U-I圖象,要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值,故控制電路必須采用分壓接法。3.保護(hù)元件安全:閉合開關(guān)S前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端,防止開關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲。-6-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)器材

3、的選擇實(shí)驗(yàn)器材的選擇實(shí)驗(yàn)器材的原則和注意事項(xiàng)1.儀器選擇的一般步驟(1)首先選擇唯一性的器材;(2)粗畫電路圖(暫不接電流表和電壓表);(3)估算回路中電流和電壓的最大值,在電表的指針有較大幅度的偏轉(zhuǎn)但不超過其量程的情況下,結(jié)合已知器材的規(guī)格,確定實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)器材。2.實(shí)驗(yàn)器材的要求(1)電源允許的最大電流不能小于電路中的實(shí)際最大電流。(2)用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實(shí)際最大電流。(3)電壓表或電流表的量程不能小于被測(cè)電壓和電流的最大值。(4)電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的 以上。-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2016天津卷)某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V0.3 A”

4、字樣小燈泡L的伏安特性曲線,要求測(cè)量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)線外,還有:電壓表V1(量程03 V,內(nèi)阻等于3 k)電壓表V2(量程015 V,內(nèi)阻等于15 k)電流表A1(量程0200 mA,內(nèi)阻等于10 )電流表A2(量程03 A,內(nèi)阻等于0.1 )滑動(dòng)變阻器R1(010 ,額定電流2 A)滑動(dòng)變阻器R2(01 k,額定電流0.5 A)定值電阻R3(阻值等于1 )定值電阻R4(阻值等于10 )定值電阻R5(阻值等于1 k)電源E(E=6 V,內(nèi)阻不計(jì))-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(1)請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖,并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁。(2)該同學(xué)描繪

5、出的I-U圖象應(yīng)是下圖中的。 答案:(1)(2)B-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:(1)根據(jù)需要,電壓表V1(3 V,內(nèi)阻3 k)需要串聯(lián)定值電阻R5=1 k,可以將量程擴(kuò)大為4 V;電流表A1(200 mA,內(nèi)阻10 )需要并聯(lián)定值電阻R4=10 ,可以將量程擴(kuò)大為0.4 A;滑動(dòng)變阻器R2阻值太大,連續(xù)性不好,應(yīng)選擇R1,電路圖采用分壓外接法,電路如答案圖所示。(2)隨溫度升高,小燈泡阻值增大,故選項(xiàng)B正確。-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的思路與方法1.首先應(yīng)明確題目的要求,看清題目要求測(cè)量什么物理量,驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律

6、,或要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路等。其設(shè)計(jì)原則是安全、方便、經(jīng)濟(jì)。2.在測(cè)量電路中,一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方法,對(duì)于給定電表內(nèi)阻的情況,應(yīng)先比較R0與待測(cè)電阻Rx的關(guān)系,其中R0= ,若RxR0,則設(shè)計(jì)為電流表內(nèi)接法;若RxR0,則設(shè)計(jì)為電流表外接法;若電表量程不合適,往往還要用定值電阻對(duì)電表進(jìn)行改裝。-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三3.控制電路有滑動(dòng)變阻器的分壓式和限流式兩種接法,兩種接法的選擇方法如下:(1)采用限流式接法時(shí)不能控制電流(或電壓)滿足實(shí)驗(yàn)要求,即滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大,待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程,或超過待測(cè)電阻的額定電流(或額定電壓),則必須

7、選用分壓式接法。(2)若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器的最大電阻大得多,以致在限流電路中,滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí),待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大,此時(shí),應(yīng)改用分壓式接法。(3)若實(shí)驗(yàn)中要求測(cè)量電路中電壓從0開始連續(xù)變化,則必須采用分壓式接法。(4)兩種電路均可使用的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法,因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、耗能低。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例2(2017全國卷)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性,所使用的器材有:小燈泡L(額定電壓3.8 V,額定電流0.32 A);電壓表V(量程3 V,內(nèi)阻3 k);電流表A(量程0.5 A,內(nèi)阻0.5 );固定電阻R0(阻值1 000

8、 );滑動(dòng)變阻器R(阻值09.0 );電源E(電動(dòng)勢(shì)5 V,內(nèi)阻不計(jì));開關(guān)S;導(dǎo)線若干。(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量,畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示。 由實(shí)驗(yàn)曲線可知,隨著電流的增加小燈泡的電阻(選填“增大”“不變”或“減小”),燈絲的電阻率(選填“增大”“不變”或“減小”)。 -14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(3)用另一電源E0(電動(dòng)勢(shì)4 V,內(nèi)阻1.00 )和題給器材連接成圖(b)所示的電路,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值,可以改變小燈泡的實(shí)際功率。閉合開關(guān)S,在R的變化范圍內(nèi),小燈泡的最

9、小功率為 W,最大功率為 W。(結(jié)果均保留2位小數(shù))答案:(1)(2)增大增大(3)0.391.17-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三解析:(1)由于要求電壓調(diào)節(jié)范圍大,故用分壓式。電壓表量程只有3 V,故需串聯(lián)R0改裝為量程為4 V的電壓表。小燈泡電阻較小(RL ),故用外接法。(2)圖中I-U圖線上某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率代表燈泡在該狀態(tài)下電阻的倒數(shù)。隨電流增大,與原點(diǎn)連線的斜率減小,故電阻增大。由R= ,故電阻率增大。-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(3)當(dāng)R=9 時(shí)燈泡功率最小,將電阻R與電源視為整體。U=E-I(R+r),故U=4 V-10 I,作圖法找到燈泡功率Pmin=UI1.75 V

10、0.225 A0.39 W當(dāng)R=0時(shí),燈泡功率最大,電源的路端電壓與電流的關(guān)系U=E-Ir,故U=4 V-1 I,作圖法找到燈泡功率Pmax=UI=3.65 V0.32 A1.17 W。思維點(diǎn)撥電路圖主要是控制電路、測(cè)量電路的連接。小燈泡阻值為小電阻外接法,電壓從0開始測(cè)量分壓式接法。然后由伏安特性曲線分析阻值的變化,注意縱軸是電流。第(3)問求小燈泡消耗的實(shí)際功率較難,因小燈泡的阻值隨電流的變化而變化,通過閉合電路的歐姆定律找到小燈泡實(shí)際的電流、電壓值。-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三1.本題考查的內(nèi)容比較多,包括電壓表的擴(kuò)程、電流表的內(nèi)外接法、滑動(dòng)變阻器的分壓接法、小燈泡的伏安特性、圖象法

11、求解,綜合性很強(qiáng),其中求解燈泡在某一電源下消耗的實(shí)際功率是?？嫉膬?nèi)容。本題還可以改變問法:如果兩個(gè)該燈泡串聯(lián)直接接在某個(gè)電源下,每個(gè)燈泡消耗的功率是多少?2.電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合法電源對(duì)電路中小燈泡供電工作,顯然路端電壓與電路中電流滿足關(guān)系U=E-Ir,整理可得I= ,即可作出一條電源的伏安特性曲線。同時(shí)流經(jīng)小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線,兩線的交點(diǎn)既符合閉合電路的歐姆定律,又滿足小燈泡的伏安特性曲線特點(diǎn),即為所求的電流與電壓值。-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景,通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置新題目,不脫離教材而又不拘泥

12、于教材,體現(xiàn)開放性、探究性等特點(diǎn)。1.以實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ),探究小燈泡功率與電壓的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變遷-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三3.數(shù)據(jù)處理方式的改進(jìn)采用“DIS”數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例3在有光照時(shí)太陽能電池可以將光能轉(zhuǎn)化為電能,在沒有光照時(shí),太陽能電池可以視為一個(gè)電學(xué)器件。某實(shí)驗(yàn)小組用測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法,探究一個(gè)太陽能電池在沒有光照時(shí)(沒有儲(chǔ)存電能)的I-U特性。所用的器材包括:太陽能電池,電源E,電流表A,電壓表V,滑動(dòng)變阻器R,開關(guān)S及導(dǎo)線若干。-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(1)為了達(dá)到上述目的,應(yīng)選用

13、哪個(gè)電路圖:(選填“甲”或“乙”)。 (2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),描點(diǎn)繪出了如圖丙所示的I-U圖象。由圖可知,當(dāng)電壓小于2.0 V時(shí),太陽能電池的電阻(選填“很大”或“很小”);當(dāng)電壓為2.8 V時(shí),太陽能電池的電阻約為 。(保留兩位有效數(shù)字)-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三答案:(1)甲(2)很大1.0103解析:(1)用測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法,探究一個(gè)太陽能電池在沒有光照射時(shí)(沒有儲(chǔ)存電能)的I-U特性,應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器分壓接法,為電路圖甲。(2)由題圖可知,當(dāng)電壓小于2.0 V時(shí),電流幾乎為零,所以太陽能電池的電阻很大。當(dāng)電壓為2.8 V時(shí),對(duì)應(yīng)電流為2.8 mA,由歐

14、姆定律可得太陽能電池的電阻約為R= =1.0103 。-23-1.(2016江蘇卷)小明同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系。已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 ,R隨t的升高而增大。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示,控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度。-24-實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合S,先將開關(guān)K與1端閉合,調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度,分別記下溫度t1,t2,和電流表的相應(yīng)示數(shù)I1,I2,。然后將開關(guān)K與2端閉合,調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)再次為I1,I2,分別記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)R1,R2,。(1)有以下兩種電流表,實(shí)驗(yàn)電路中應(yīng)選用。 A.量程0100 mA,內(nèi)阻約2 B.量程00.6 A,內(nèi)阻可忽略(2)實(shí)驗(yàn)過程中

15、,要將電阻箱的阻值由9.9 調(diào)節(jié)至10.0 ,需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”,正確的操作順序是。 將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1”將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”-25-(3)實(shí)驗(yàn)記錄的t和R的數(shù)據(jù)見下表: 請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出R-t圖線。 由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R= 。 答案:(1)A(2)(或)(3)見解析圖0.04t+8.8(0.04t+8.60.04t+9.0都算對(duì))解析:(1)由題干知常溫下金屬電阻阻值約為R=10 ,由實(shí)驗(yàn)電路知電路中最大電流約為I= =150 mA,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可控制電路中的最大電流為100 mA,故選A電流

16、表。(2)實(shí)驗(yàn)過程中,為保護(hù)電路各元件調(diào)節(jié)電阻箱阻值時(shí)應(yīng)遵循從大到小的順序調(diào)節(jié)。-26-(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖如圖。由圖象結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)寫出圖象的解析式為R=kt+R0-27-28-2.(2017廣東湛江一模)現(xiàn)要測(cè)定一個(gè)額定電壓為2.5 V、額定功率約為0.7 W的小燈泡的伏安特性曲線。(1)為了測(cè)量的電壓能從零開始,測(cè)量誤差較小,請(qǐng)?jiān)趫D甲中連好實(shí)物電路圖。(2)合上開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于滑動(dòng)變阻器的(選填“左端”或“右端”)。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),描繪出的U-I圖象如圖乙所示,由圖可知,當(dāng)燈泡的電壓為1.80 V時(shí),小燈泡電阻為 ,小燈泡的功率為 W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 -

17、29-(4)由圖乙可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關(guān)系,符合該關(guān)系的圖象是圖丙中的。 答案:(1)見解析(2)左端(3)7.20.45(4)D-30-解析:(1)實(shí)物電路圖如圖所示。(2)為了讓測(cè)量電路中電壓從零開始調(diào)節(jié),則滑片開始時(shí)應(yīng)滑到最左端。-31-3.(2017廣東茂名一模)現(xiàn)要用伏安法描繪一只標(biāo)稱值為“2.5 V0.6 W”小燈泡的I-U圖線,有下列器材供選用:A.電壓表(03 V,內(nèi)阻3 k;015 V,內(nèi)阻10 k)B.電流表(00.6 A,內(nèi)阻0.5 ;03 A,內(nèi)阻0.1 )C.滑動(dòng)變阻器(10 ,2 A)D.滑動(dòng)變阻器(100 ,1.0 A)E.蓄電池(電動(dòng)勢(shì)6 V,內(nèi)

18、阻不計(jì))-32-(1)為了減小測(cè)量誤差,圖中的S1應(yīng)接(選填“M”或“N”),滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用(用序號(hào)字母表示)。 (2)根據(jù)你選擇的電路,用筆畫線代替導(dǎo)線在圖中將實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)所需電路圖。(3)開關(guān)S閉合之前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于(選填“A”“B”或“AB正中間”)端。閉合開關(guān)后,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,電壓表示數(shù)變化明顯,但電流表示數(shù)始終為0,則電路故障為。 答案:(1)MC(2)見解析(3)A小燈泡斷路 -33-解析:(1)由實(shí)物圖可知,電路采用了滑動(dòng)變阻器分壓接法,因燈泡內(nèi)阻較小,故電流表采用外接法,故S1應(yīng)接在M點(diǎn);因采用分壓接法,故滑動(dòng)變阻器采用小電阻,應(yīng)選用C。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原

19、理圖畫出實(shí)物圖如圖所示。(3)為了保證實(shí)驗(yàn)安全,開始時(shí)燈泡兩端的電壓應(yīng)為最小,故滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)在A端;由題意可知,電壓表示數(shù)變化明顯,說明電壓表與電源相連,且滑動(dòng)變阻器連接正常,而電流表沒有示數(shù)說明電路是斷開的,由電路圖可知,只能是燈泡發(fā)生了斷路故障。-34-4.(2017浙江寧波一模)在測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)器材如下:待測(cè)小燈泡(2.5 V,0.5 A);雙量程電壓表(中間接線柱3 V、內(nèi)阻約為3 k,右邊接線柱15 V、內(nèi)阻約為15 k);雙量程電流表(中間接線柱0.6 A、內(nèi)阻約為0.125 ,右邊接線柱3 A、內(nèi)阻約為0.025 );滑動(dòng)變阻器(20 ,2 A);電源

20、(電動(dòng)勢(shì)約為3 V,內(nèi)阻未知);開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干。-35-(1)甲同學(xué)連好的實(shí)物圖如圖所示,乙同學(xué)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)了多處錯(cuò)誤,請(qǐng)指出(至少兩處):。 -36-(2)兩同學(xué)改正錯(cuò)誤后,測(cè)出如下表所示的7組I、U數(shù)據(jù),請(qǐng)你在圖的坐標(biāo)紙上建立I-U坐標(biāo)系,標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn),繪出小燈泡的伏安特性曲線。-37-(3)根據(jù)繪出的小電珠的伏安特性曲線,該小電珠在電壓為1.8 V時(shí)的實(shí)際電阻為 。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(4)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差,下列判斷正確的是。 A.系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的,電壓越大,誤差越大B.系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的,電流越大,誤差越大C.系統(tǒng)誤差主要是由忽略電源內(nèi)阻引起的

21、,電源內(nèi)阻越大,誤差越大D.系統(tǒng)誤差主要是由電表讀數(shù)時(shí)的估讀引起的,電壓越大,誤差越大-38-答案:(1)滑動(dòng)變阻器接法錯(cuò)誤,應(yīng)該接成分壓式;電壓表量程錯(cuò)誤,應(yīng)選3 V的量程;電流表位置接錯(cuò),應(yīng)選外接法(2)如圖所示(3)10.6(10.410.7皆可)(4)A-39-解析:(1)本實(shí)驗(yàn)要求電壓和電流從零開始調(diào)節(jié),滑動(dòng)變阻器應(yīng)該用分壓接法;電源的電動(dòng)勢(shì)約為3 V,電壓表應(yīng)該選擇3 V的量程;小燈泡的電阻比較小,電流表應(yīng)該用外接法。(3)根據(jù)所畫的I-U圖象,當(dāng)小燈泡電壓為1.8 V時(shí),流過小燈泡的電流約為0.17 A,小燈泡的電阻R= =10.6 。(4)本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差主要是由電流表外接,電壓表分流造成的,選項(xiàng)A正確。