高考物理總復(fù)習(xí) 第七章 第四講 實(shí)驗(yàn)：描繪小電珠的伏安特性曲線課件 新人教版選修31

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P133)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿枥L小電珠的伏安特性曲線二、實(shí)驗(yàn)器材小電珠、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、坐標(biāo)紙三、實(shí)驗(yàn)原理用電流表和電壓表測(cè)出電珠在不同電壓下的電流，建立UI坐標(biāo)系，描點(diǎn)連成直線或平滑曲線即得到小燈泡的伏安特性曲線為了盡可能多取些數(shù)據(jù)點(diǎn)并減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器分壓接法電路，因本實(shí)驗(yàn)電壓范圍變化較大，使小電珠電壓能從0開(kāi)始四、實(shí)驗(yàn)步驟1連接電路將小電珠、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、電源、開(kāi)關(guān)用導(dǎo)線連接成如右圖所示電路2測(cè)出小電珠在不同電壓下的電流(1)閉合開(kāi)關(guān)S前，滑動(dòng)變阻器觸頭應(yīng)移到最左端，以使開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小電珠電壓能從0開(kāi)始變化；同時(shí)，這樣做也防止開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)小電珠兩端電壓過(guò)大而燒壞燈絲(2)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭的位置，測(cè)出12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.U/V00.20.40.60.81.01.2I/A0U/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右測(cè)繪點(diǎn)要密，否則將出現(xiàn)很大誤差3畫(huà)出伏安特性曲線(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(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)用平滑的曲線連接起來(lái)就得到小電珠的伏安特性曲線4拆除電路，整理儀器問(wèn)題探究描繪出小電珠的伏安特性曲線后，曲線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲線的斜率是否表示小電珠在該電壓下的電阻值？若是，說(shuō)明理由；若不是，如何表示該電壓下的電阻值？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)始變，UI坐標(biāo)連曲線，要對(duì)圖線細(xì)研究，得出規(guī)律記心間(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P134)要點(diǎn)一誤差分析 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)誤差要點(diǎn)二注意事項(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 V0.3 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)采用分壓式連接，目的是為了使小電珠兩端的電壓能從0開(kāi)始連續(xù)變化2.閉合開(kāi)關(guān)S前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，從而使開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小電珠電壓能從0開(kāi)始變化，同時(shí)，也為了防止開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)小電珠兩端因電壓過(guò)大而燒壞燈絲3.IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)很大誤差4.電流表選擇0.6 A量程電壓表量程選擇視小電珠的額定電壓而定，即使用的若是“3.8 V0.3 A”的小電珠，選用電壓表15 V的量程；若使用“2.5 V0.6 A”的小電珠，則選用電壓表3 V的量程5.保持小電珠電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加到額定值，記錄I后馬上斷開(kāi)開(kāi)關(guān)6.誤差較大的點(diǎn)要舍去，IU應(yīng)是平滑曲線而非折線 7.建立坐標(biāo)系時(shí)，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理，使得根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖線盡量占滿(mǎn)坐標(biāo)紙下表中所列數(shù)據(jù)是測(cè)量小燈泡UI關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：(1)分析上表內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖中的_(填“甲”或“乙”)；(2)試分析所選實(shí)驗(yàn)電路圖存在誤差的原因U(V)0.00.20.501.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215解析(1)從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，小燈泡的電壓和電流從零開(kāi)始逐漸變化甲圖所示電路中滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，可以獲得從零開(kāi)始變化的電壓，符合圖中數(shù)據(jù)的要求所以應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是甲圖(2)由甲圖可知，電流表的分壓會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差，因?yàn)樾襞莸碾娮栎^小，和電流表內(nèi)阻相差不太大，電流表最好用外接方式答案(1)甲(2)見(jiàn)解析(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P134)題型一實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析例1 (2011福建)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：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 VB直流電流5 mA C歐姆100 D歐姆1 該同學(xué)采用圖甲所示的電路進(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，V為電壓表(量程6 V，內(nèi)阻20 k)，A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).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，已知各元器件均無(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；(圖甲中的黑色小圓點(diǎn)表示接線點(diǎn)，并用數(shù)字標(biāo)記，空格中請(qǐng)?zhí)顚?xiě)圖甲中的數(shù)字，如“2點(diǎn)到3點(diǎn)”的導(dǎo)線).該同學(xué)描繪出小電珠的伏安特性曲線示意圖如圖乙所示，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”)嘗試解答根據(jù)小電珠的規(guī)格標(biāo)稱(chēng)值可算出其正常工作時(shí)的電阻為12 ，測(cè)電阻應(yīng)選歐姆1擋開(kāi)關(guān)閉合前，應(yīng)保證小電珠電壓不能太大，故應(yīng)調(diào)滑片在最左端使小電珠電壓從零開(kāi)始電表示數(shù)總調(diào)不到零，可知電源總是對(duì)電表供電，因此可知1點(diǎn)和5點(diǎn)間沒(méi)有連接好，連成了限流式接法，這也是限流式與分壓式接法的最顯著區(qū)別伏安特性曲線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖可知，隨著電壓的增大，曲線斜率減小，小電珠電阻增大答案D.左.1；5(或5；1) .增大題型二實(shí)驗(yàn)方法和原理的遷移例2 (2011佛山模擬)為了測(cè)定和描繪一只標(biāo)有“220 V,40 W”的白熾燈絲的伏安特性曲線，可以利用調(diào)壓變壓器供電調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器，它只有一組線圈L，繞在閉合的環(huán)形鐵芯上輸入端接在220 V交流電源的火線和零線間，輸出端有一個(gè)滑動(dòng)觸頭P，移動(dòng)它的位置，就可以使輸出電壓在0250 V之間連續(xù)變化，如圖中畫(huà)出的是調(diào)壓變壓器的電路圖符號(hào)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)備有交流電壓表、交流電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)必備器材(1)在上圖中完成實(shí)驗(yàn)電路圖，要求在額定電壓下測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差盡量小(2)說(shuō)明按你的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在電壓較高段與電壓較低段進(jìn)行比較，哪段的系統(tǒng)誤差較大？為什么？(3)如果根據(jù)測(cè)量結(jié)果作出的該燈泡的伏安特性曲線如右圖所示，試根據(jù)圖線確定：把兩只完全相同的“220 V,40 W”的白熾燈串聯(lián)接在220 V交流電源的火線和零線間時(shí)，兩只燈所消耗的總功率是多大？嘗試解答 (1)該設(shè)計(jì)是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)知識(shí)的遷移和拓展，將變壓器接入電路，開(kāi)關(guān)接火線，采用伏安法測(cè)出U、I值，安培表內(nèi)接(2)在電壓較低段誤差大因?yàn)殡妷旱蜁r(shí)燈泡消耗的實(shí)際功率小，燈絲溫度低，電阻小，對(duì)內(nèi)接法而言，安培表的分壓大，系統(tǒng)誤差大(3)兩只白熾燈串聯(lián)后分壓各為110 V，由燈泡的伏安特性曲線可讀出此時(shí)的工作電流約為0.15 A故P0.151102 W33 W.答案(1)如右圖所示(2)在電壓較低段誤差大因?yàn)殡妷旱蜁r(shí)燈泡消耗的實(shí)際功率小，燈絲溫度低，電阻小，對(duì)內(nèi)接法而言，安培表的分壓大，系統(tǒng)誤差大(3)33 W(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P135)1描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示，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C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)的估讀引起的解析由于小電珠的電阻比較小，所以采用電流表外接的方法此時(shí)電壓表的測(cè)量值是準(zhǔn)確的，但是電流表的測(cè)量值和真實(shí)值相比要大，原因是電壓表分流答案A2在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材：A小電珠(3.8 V,1.5 W)B直流電源(電動(dòng)勢(shì)4.5 V，內(nèi)阻約0.4 )C電流表(量程0500 A，內(nèi)阻約0.5 )D電壓表(量程05 V，內(nèi)阻約5000 )E滑動(dòng)變阻器R1(05 ，額定電流2 A)F滑動(dòng)變阻器R2(050 ，額定電流1 A)G開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干如果既要滿(mǎn)足測(cè)量要求，又要使測(cè)量誤差較小，應(yīng)選擇如下圖所示的四個(gè)電路中的_，應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是_解析由于伏安特性曲線中的電壓和電流均要從零開(kāi)始測(cè)量，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用分壓式，分壓式接法適用于測(cè)量較大阻值電阻(與滑動(dòng)變阻器的總電阻相比)，由于R1RL/RA，所以安培表應(yīng)該選用外接法答案丙R1(或E)3(2011海淀模擬)如下圖甲為某同學(xué)測(cè)繪額定電壓為2.5 V的小電珠的IU圖線實(shí)驗(yàn)電路圖(1)根據(jù)電路圖，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實(shí)物圖連接成完整實(shí)驗(yàn)電路(2)開(kāi)關(guān)S閉合之前，圖乙中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于_(選填“A端”、“B端”或“AB正中間”)(3)已知小電珠燈絲在27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(熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系為T(mén)273t)，根據(jù)右圖畫(huà)出的小電珠IU特性曲線，估算該電珠以額定功率工作時(shí)燈絲的溫度約為_(kāi)(保留兩位有效數(shù)字)解析對(duì)于分壓電路，開(kāi)關(guān)S閉合前，應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片置于最左端(A端)，使待測(cè)電路上電壓為零由燈絲電阻與熱力學(xué)溫度成正比可得RkT，當(dāng)燈絲溫度為300 K時(shí)電阻為1.5 可得k0.005. 由小電珠的IU特性曲線可得當(dāng)電壓為2.5 V時(shí)燈絲中電流約為0.265 A根據(jù)歐姆定律可得出燈絲電阻RU/I9.4 ，由RkT解得此時(shí)燈絲熱力學(xué)溫度TR/k1880 K，即燈絲溫度約為tT27316071.6103 .答案(1)實(shí)物連線圖如下圖所示(2)A端(3)1.61034(2010安徽理綜).(1)在測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖1所示，讀數(shù)為_(kāi)mm.(2)在用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)中，用游標(biāo)為20分度的卡尺測(cè)量擺球的直徑，示數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為_(kāi)cm.太陽(yáng)能是一種清潔“綠色”能源在我國(guó)上海舉辦的2010年世博會(huì)上，大量利用了太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒(méi)有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)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(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)的IU特性所用的器材包括：太陽(yáng)能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器R，開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)為了達(dá)到上述目的，請(qǐng)將圖1連成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)電路圖(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2的IU圖象，由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻_(填“很大”或“很小”)；當(dāng)電壓為2.80 V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻約為_(kāi).解析.略.(1)描述某個(gè)電學(xué)元件的伏安特性曲線，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，以保證電學(xué)元件兩端的電壓能從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，電路圖見(jiàn)答案答案.(1)0.617(0.6160.619)(2)0.675.(1)連線如圖(2)很大1.0 103(9651040) 表表(a)實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材電壓表電壓表V量程量程3 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約3 k電流表電流表A1量程量程3 A，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約0.5 電流表電流表A2量程量程0.5 A，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約3.0 滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)變阻器R10500 滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)變阻器R2010 電源電源E電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)4.0 V開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線和導(dǎo)線表表(b) 實(shí)際測(cè)量的電壓、電流值實(shí)際測(cè)量的電壓、電流值次數(shù)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.70I/mA 80 155 195 227 255 279 310通過(guò)表(b)中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)要求：(1)根據(jù)表(b)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在給出的方格紙內(nèi)畫(huà)出UI圖線，并從圖線上分析得到該燈的額定電壓為_(kāi)；(2)從表(b)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所選擇的最合理的電路應(yīng)為下列四個(gè)電路圖中的圖_；所用的電流表為_(kāi)；滑動(dòng)變阻器為_(kāi)解析(1)根據(jù)表(b)中的數(shù)據(jù)，找坐標(biāo)點(diǎn)，得如圖所示圖線因額定功率為0.75 W，由圖知，當(dāng)電流為300 mA時(shí)，電壓為2.5 V，此時(shí)功率PUI0.75 W，故該燈的額定電壓為2.5 V.(2)因表(b)中電壓從0.20 V開(kāi)始增大，電路采用限流式不能得到低電壓，故電路采用分壓式；又待測(cè)燈泡的阻值較小，只能采用電流表外接法，故圖C符合要求；因電流最大為310 mA，故電流表應(yīng)選A2；電路采用分壓式，應(yīng)取小阻值滑動(dòng)變阻器，故應(yīng)選R2.答案(1)圖線見(jiàn)解析2.5 V(2)CA2R26(2012洛陽(yáng)四校聯(lián)考)如圖所示為某同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡燈絲電阻的UI關(guān)系曲線圖。(1)在上框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(根據(jù)該電路圖可得到UI關(guān)系的完整曲線)，可用的器材有：電壓傳感器、電流傳感器、滑線變阻器(變化范圍050)、電動(dòng)勢(shì)為6V的電源(不計(jì)內(nèi)阻)、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干。(2)如果將該小燈泡分別接入甲、乙兩個(gè)不同電路，如圖所示，其中甲電路的電源為一節(jié)干電池，乙電路的電源為三節(jié)干電池，每節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)電阻為1.5 ，定值電阻R18 ，則接入_(選填“甲”或“乙”)電路時(shí)，小燈泡較亮些。(3)在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為_(kāi)W.(4)若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡，其他條件不變，則此時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為_(kāi)W.解析由于要畫(huà)出UI關(guān)系的完整曲線，必須用分壓接法畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖分別在小燈泡燈絲電阻為UI關(guān)系曲線圖上畫(huà)出電源的伏安特性曲線，與小燈泡燈絲電阻為UI關(guān)系曲線交點(diǎn)即為工作點(diǎn)，顯然接入甲電路時(shí)，燈泡中電流較大，小燈泡較亮些在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為PUI10.15W0.15W.若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡，其他條件不變，可等效為1.5節(jié)干電池連接一個(gè)燈泡，在小燈泡燈絲電阻的UI關(guān)系曲線圖上畫(huà)出電源(電動(dòng)勢(shì)2.25V，內(nèi)阻2.25)的伏安特性曲線，與小燈泡燈絲電阻的UI關(guān)系曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為電源輸出電流I0.25A，此時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為PI2r0.2524.5W0.28W.答案(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(2)甲(3)0.15(4)0.28