【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線 新人教版選修3-1

實(shí)驗(yàn)八描繪小電珠的伏安特性曲線 一、滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法1兩種接法比較 方式內(nèi)容限流式接法分壓式接法對(duì)比說(shuō)明兩種接法電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍UE0UE分壓電路調(diào)節(jié)范圍大負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍I0I分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護(hù)電路元件由上表可以看出：滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大，限流式接法較節(jié)能2兩種接法的選擇(1) 選擇不同接法的原則(2)兩種接法的適用條件限流式接法適合測(cè)量阻值小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的總電阻還小)分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻(一般比滑動(dòng)變阻器的總電阻要大)如果R很小，限流式接法中滑動(dòng)變阻器分得電壓較大，調(diào)節(jié)范圍也比較大R很大時(shí)，分壓式接法中R幾乎不影響電壓的分配，滑片移動(dòng)時(shí)，電壓變化接近線性關(guān)系，便于調(diào)節(jié)a若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過(guò)電流表(或電壓表)的量程，或超過(guò)待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法b若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，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不明顯，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路c若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式接法d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、耗能低二、描繪小電珠的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)?zāi)康?描繪小電珠的伏安特性曲線2分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)原理1用電流表測(cè)出流過(guò)小電珠的電流，用電壓表測(cè)出小電珠兩端的電壓，測(cè)出多組(U，I)值，在UI坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來(lái)2電流表外接：因?yàn)樾‰娭榈碾娮韬苄?，如果電流表?nèi)接，誤差明顯較大；滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，使電壓能從零開(kāi)始連續(xù)變化實(shí)驗(yàn)器材小電珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一個(gè)、電壓表(03 V15 V)與電流表(00.6 A3 A)各一個(gè)、滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 )一個(gè)、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開(kāi)關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆實(shí)驗(yàn)步驟1確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，按圖1的原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路圖12把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無(wú)誤后閉合開(kāi)關(guān)S.3移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片位置，測(cè)出多組不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.62.02.42.83.23.63.8I(A)4拆除電路，整理儀器數(shù)據(jù)處理1在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(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)(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜)3將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連結(jié)起來(lái)，就得到小燈泡的伏安特性曲線誤差分析1由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)誤差2電流表、電壓表的讀數(shù)帶來(lái)誤差，要嚴(yán)格按照讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)操作誤差注意事項(xiàng)1電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法，因?yàn)樾‰娭?3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大(2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，目的是使小電珠兩端的電壓能從零開(kāi)始連續(xù)變化.2閉合開(kāi)關(guān)S前，滑動(dòng)變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓從零開(kāi)始變化，同時(shí)也是為了防止開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過(guò)大而燒壞燈絲3IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U01.0 V左右描點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差4電流表選擇0.6 A量程，電壓表量程的選擇視小電珠的額定電壓而定，即若使用“3.8 V,0.3 A”的小電珠，選用電壓表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小電珠，則選用電壓表的3 V量程5當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加，到額定值記錄后馬上斷開(kāi)開(kāi)關(guān)6誤差較大的點(diǎn)要舍去，IU圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線實(shí)驗(yàn)改進(jìn)一種測(cè)小電珠的電阻的準(zhǔn)確方法實(shí)驗(yàn)原理：如圖2所示，兩個(gè)電壓表完全相同且內(nèi)阻很大移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，調(diào)節(jié)電阻箱的示數(shù)，使兩個(gè)電壓表示數(shù)相同，則電阻箱的讀數(shù)即為小電珠電阻，記下小電珠的電阻和電壓；多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，采用相同方法，記下相應(yīng)電阻箱示數(shù)和電壓表的讀數(shù)在坐標(biāo)紙上畫(huà)出RU圖線，并分析R隨U變化的規(guī)律圖2在描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，由于電表內(nèi)阻的影響，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差使得小電珠的電阻測(cè)量不準(zhǔn)確.上述實(shí)驗(yàn)方法可以消除這種誤差，操作、讀數(shù)也較方便.記憶口訣電路連接是關(guān)鍵，先串后并把線連,滑動(dòng)變阻要分壓，A表外接減誤差,電壓從零開(kāi)始調(diào)，UI坐標(biāo)連曲線,連好曲線細(xì)研究，得出規(guī)律記心間.例1圖3中所示器材為某同學(xué)測(cè)繪額定電壓為2.5 V的小燈泡的IU特性曲線的實(shí)驗(yàn)器材(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)驗(yàn)電路圖連接完整圖3(2)開(kāi)關(guān)S閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于_(選填“A端”、“B端”或“AB中間”)(3)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖4中畫(huà)出小燈泡的IU特性曲線圖4(4)若已知小燈泡燈絲在27 °C時(shí)電阻值約為1.5 ，并且其電阻值與燈絲的熱力學(xué)溫度成正比，試估算該小燈泡以額定功率工作時(shí)燈絲的溫度約為_(kāi)°C.(保留三位有效數(shù)字)例2某同學(xué)想描繪某一熱敏電阻的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室提供下列器材：A電壓表V(量程為05 V，內(nèi)阻約5 k)B電流表A1(量程為025 mA，內(nèi)阻約為0.2 )C電流表A2(量程為00.6 A，內(nèi)阻約為0.1 )D滑動(dòng)變阻器R1(010 ，額定電流1.5 A)E滑動(dòng)變阻器R2(01 000 ，額定電流0.5 A)F定值電阻R0(R01 000 )G直流電源(電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻忽略不計(jì))H電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干(1)該同學(xué)選擇了適當(dāng)?shù)钠鞑慕M成描繪伏安特性曲線的電路，得到熱敏電阻電壓和電流的7組數(shù)據(jù)(如下表)，請(qǐng)你在圖5中作出熱敏電阻的伏安特性曲線.電壓U(V)0.01.02.02.43.03.64.0電流I(mA)0.01.65.88.011.816.020.0圖5(2)由此曲線可知，該熱敏電阻的阻值隨電壓的增大而_(選填“增大”或“減小”)該同學(xué)選擇的電流表是_(選填“B”或“C”)，選擇的滑動(dòng)變阻器是_(選填“D”或“E”)(3)請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫(huà)出該同學(xué)完成此實(shí)驗(yàn)的電路圖(熱敏電阻符號(hào)為)23.實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的思路與方法電路設(shè)計(jì)也是高考實(shí)驗(yàn)題中常考題型之一首先應(yīng)明確題目的要求，看清題目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，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)任何實(shí)驗(yàn)電路都由測(cè)量電路和控制電路構(gòu)成，測(cè)量電路又由電表和被測(cè)元件構(gòu)成，而控制電路由變阻器、開(kāi)關(guān)、電源構(gòu)成在測(cè)量電路中，一般由電流表內(nèi)接和外接兩種方式，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Rx>R0，則設(shè)計(jì)為內(nèi)接；若Rx<R0，則設(shè)計(jì)為外接；若電表量程不合適，往往還要用定值電阻對(duì)電表進(jìn)行改裝在控制電路中，變阻器有分壓式、限流式兩種接法，若變阻器阻值較小，一般設(shè)計(jì)為分壓式；若變阻器阻值較大，一般設(shè)計(jì)為限流式，在二者都可行時(shí)，應(yīng)先考慮限流方式，但下面三種情形必須設(shè)計(jì)為分壓式接法：數(shù)據(jù)要求從0開(kāi)始；變阻器阻值太小、限流限不?。蛔冏杵髡{(diào)節(jié)時(shí)，不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)例3某同學(xué)為了描繪一個(gè)標(biāo)有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實(shí)驗(yàn)室尋找到了一些儀器，但沒(méi)找到電壓表，找到的器材規(guī)格如下：A電流表A1(00.5 A，內(nèi)阻為0.5 )B電流表A2(00.6 A，內(nèi)阻約為0.3 )C電阻箱R1(09 999.9 ，最小調(diào)節(jié)量0.1 )D電阻箱R2(099.9 )，最小調(diào)節(jié)量0.1 )E滑動(dòng)變阻器R3(050 ，額定電流為1.5 A)F滑動(dòng)變阻器R4(05 ，額定電流為3 A)G16 V直流電源H開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干，待測(cè)燈泡利用現(xiàn)有器材，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，請(qǐng)你替這位同學(xué)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)(1)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖；(2)以上器材中電阻箱應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(填代號(hào))(3)寫(xiě)出小燈泡兩端電壓的表達(dá)式，并說(shuō)明式中符號(hào)的意義：_ _.1描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示，所用小電珠的額定電壓是3.8 V關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，下列說(shuō)法中正確的是 ()A系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的B系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的 圖6C系統(tǒng)誤差主要是由于忽略電源內(nèi)阻引起的D系統(tǒng)誤差主要是由讀數(shù)時(shí)的估讀引起的2為探究小電珠L(zhǎng)的伏安特性，連好如圖7所示的電路后閉合開(kāi)關(guān)S，通過(guò)移動(dòng)變阻器的滑片，使小電珠中的電流由零開(kāi)始逐漸增大，直到小電珠正常發(fā)光，由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的UI圖象應(yīng)是圖中的 ()圖73在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有：電動(dòng)勢(shì)為6 V的電源，額定電壓為2.5 V的小燈泡，以及符合實(shí)驗(yàn)要求的滑動(dòng)變阻器、電表、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線要求能測(cè)出盡可能多組數(shù)據(jù)圖8是沒(méi)有連接完整的實(shí)物電路(已連接好的導(dǎo)線有a、b、c、d、e、f六根)圖8(1)請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將實(shí)物電路連接完整；(2)連好電路，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，則故障的原因可能是_；(3)排除故障后閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向_端滑動(dòng)(選填“左”“右”)；(4)通過(guò)移動(dòng)滑片P，分別記下了多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)，并繪制成了如圖9所示的UI圖象根據(jù)UI圖象提供的信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是_ W；圖9(5)圖線是曲線而不是過(guò)原點(diǎn)的直線，原因是_.4在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，除標(biāo)有“6 V1.5 W”字樣的小電珠、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，還有下列器材：A直流電源(6 V，內(nèi)阻不計(jì))B直流電流表(量程為3 A，內(nèi)阻0.1 以下)C直流電流表(量程為300 mA，內(nèi)阻約為5 )D直流電壓表(量程為10 V，內(nèi)阻約為15 k)E滑動(dòng)變阻器(10 ，2 A)F滑動(dòng)變阻器(1 k，0.5 A)實(shí)驗(yàn)要求小電珠兩端的電壓從零開(kāi)始變化并能進(jìn)行多次測(cè)量(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(均用序號(hào)表示)(2)在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)試將如圖10所示的器材連成實(shí)物電路圖10圖115發(fā)光晶體二極管是用電器上做指示燈用的一種電子元件它的電路符號(hào)如圖11所示，正常使用時(shí),帶“”的一端接高電勢(shì)，帶“”的一端接低電勢(shì),某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)方法探究二極管的伏安特性,現(xiàn)測(cè)得它兩端的電壓U和通過(guò)它的電流I的數(shù)據(jù)如下表所示.U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.34.36.813.019.024.030.037.0(1)在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(除電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器外；實(shí)驗(yàn)用電壓表V：內(nèi)阻RV約為10 k，電流表mA：內(nèi)阻RA約為100 )(2)在圖12中的小方格紙上用描點(diǎn)法畫(huà)出二極管的伏安特性曲線圖12(3)根據(jù)(2)中畫(huà)出的二極管的伏安特性曲線，簡(jiǎn)要說(shuō)明發(fā)光二極管的電阻與其兩端電壓的關(guān)系：_.6(2020·福建·19(2)某同學(xué)在探究規(guī)格為“6 V，3 W”的小電珠伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中：(1)在小電珠接入電路前，使用多用電表直接測(cè)量小電珠的電阻，則應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)旋至_擋進(jìn)行測(cè)量(填選項(xiàng)前的字母)A直流電壓10 V B直流電流5 mAC歐姆×100 D歐姆×1(2)該同學(xué)采用圖13所示的電路進(jìn)行測(cè)量圖中R為滑動(dòng)變阻器(阻值范圍020 ，額定電流1.0 A)，L為待測(cè)小電珠，為電壓表(量程6 V，電阻20 k)，為電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻1 )，E為電源(電動(dòng)勢(shì)8 V，內(nèi)阻不計(jì))，S為開(kāi)關(guān)圖13.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)S閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于最_端；(填“左”或“右”).在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，已知各元件均無(wú)故障，但閉合開(kāi)關(guān)S后，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)總是調(diào)不到零，其原因是_點(diǎn)至_點(diǎn)的導(dǎo)線沒(méi)有連接好；(圖中的黑色小圓點(diǎn)表示接線點(diǎn)，并用數(shù)字標(biāo)記，空格中請(qǐng)?zhí)顚?xiě)圖13中的數(shù)字).該同學(xué)描繪出小電珠的伏安特性曲線示意圖如圖14所示，則小電珠的電阻值隨工作電壓的增大而_(填“不變”、“增大”或“減小”) 圖14答案課堂探究例1(1)如圖所示(2)A端(3)如圖所示(4)1.64×103(1.58×1031.65×103均對(duì))例2(1)如下圖所示(2)減小BD(3)如圖所示例3(1)如圖所示(2)R1R4(3)(I2I1)R1I1RA1I1、I2分別是A1、A2的讀數(shù)，R1、RA1分別是R1、A1的阻值隨堂訓(xùn)練1A2.C3(1)連線如圖所示(2)c段導(dǎo)線斷路或燈泡損壞(3)右(4)0.5(5)小燈泡的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大4(1)CE(2)(3)見(jiàn)解析圖5(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(2)伏安特性曲線如圖所示(3)發(fā)光二極管的電阻隨其兩端電壓的增大而呈現(xiàn)非線性減小6(1)D(2).左.15(或51).增大