高考总复习物理课件 实验8描绘小电珠的伏安特性曲线

实验八　描绘小电珠的伏安特性曲线\n考点一　实验目的描绘小电珠的伏安特性曲线并分析其规律．考点二　实验原理利用电流表测出通过小电珠的电流，利用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U—I坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线了．\n考点三　实验器材小电珠(3.8V,0.3A)或(9V,0.7A)一个，电压表(0～3V～15V)与电流表(0～0.6A～3A)各一个，滑动变阻器(最大阻值20Ω)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．\n考点四　实验步骤1．根据小电珠上标示的额定电压和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程；2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图1所示的电路；3．将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多组U、I数值，将测量数据填入表格中；4．断开开关，拆除电路．图2\n考点五　数据处理实验中的U、I数据记入下表中(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；(2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，得出小电珠的伏安特性曲线．U/V00.20.40.60.91.21.62.02.42.83.23.53.8I/A0\n考点六　误差分析1．电表的精度和读数带来的误差；2．描点、作图所带来的误差；3．对图象进行分析计算所带来的误差．考点七　注意事项1．实验前注意检查电表是否指零，如果不指零，要调节定位螺丝使指针指零．经过计算可知，小电珠电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小电珠两端的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法；\n2.实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换．当U≤3V时采用0～3V量程；U＞3V时采用0～15V量程；3．闭合电键S前，滑动变阻器滑片应移到一端，使开关闭合时小电珠两端的电压能从0开始逐渐增大，在滑片移动的过程中，加在小电珠两端的电压不要超过小电珠的额定电压．4．画U—I图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别偏离较远的点应该舍弃．\n题型一　仪器及电路的选择[例1]在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，使用的小电珠为“6V,3W”，其他可供选择的器材有：电压表V1(量程6V，内阻20kΩ)电压表V2(量程20V，内阻60kΩ)电流表A1(量程3A，内阻0.2Ω)电流表A2(量程0.6A，内阻1Ω)\n变阻器R1(0～1000Ω，0.5A)变阻器R2(0～20Ω，2A)学生电源E(6V～8V)开关S及导线若干．实验中要求电压表在0～6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表应选用________，变阻器应选用________．在图所示的方框中画出实验的原理图．\n[解析]小灯泡额定电压为6V，额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A，最大电压不超过6V，在选择电压表和电流表时，本着安全、精确的原则，安全原则即量程要大于所测电流或电压值，精确原则是量程要尽量小，量程越小测量越精确，故电流表应选A2，电压表应选V1；滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则．“安全”即流过变阻器最大电流(I＝E/R)应小于允许通过的最大电流．\n“方便”即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻，本实验中的小灯泡在正常工作时电阻为R灯＝＝Ω＝12Ω，故应选用R2.连接电路时，变阻器采取分压式；电流表接成外接法．原理如图2所示．图2[答案]A2R2如图2所示\n题后反思：仪器选择的一般顺序是先易后难．首先确定出必须使用而又不必选择的仪器，然后以其为突破口，根据电路要求和电路计算，选择出电源、滑动变阻器、电流表、电压表以及合理的量程．待测电阻的额定电流、额定电压(估算值)是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据．\n(2009·福建高考)某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．图3为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：图3\n器材(代号)规格电流表(A1)量程0～50mA，内阻约为50Ω电流表(A2)量程0～200mA，内阻约为10Ω电压表(V1)量程0～3V，内阻约为10kΩ电压表(V2)量程0～15V，内阻约为25kΩ滑动变阻器(R1)阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A滑动变阻器(R2)阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA直流电源(E)输出电压6V，内阻不计开关(S)导线若干\n(1)为提高实验结果的准确程度，电流表应选用_____；电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．(以上均填器材代号)(2)为达到上述目的，请在图4的虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号．(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？图4\n相同点：________________________________；不同点：________________________________.\n解析：图中的(1)从所给的伏安特性曲线看出，最大电流为0.14A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1A＝0.4A<1A，而R2的阻值太大，所以选择R1.(2)待测元件的电阻满足RA<Rx≪RV，所以选择电流表外接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所以选择滑动变阻器分压式连接．\n(3)伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减小的，所以是非线性的．而小电珠的灯丝是金属，其伏安特性曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻率是随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．答案：(1)A2V1R1\n(2)电路如图5所示图5(3)伏安特性曲线都是非线性的　小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻减小\n题型二　实物图连线[例2]如图6所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：图6\nA．待测电阻Rx(约100Ω)；B．直流毫安表(量程0～10mA，内阻50Ω)；C．直流电压表(量程0～3V，内阻5kΩ)D．直流电源(输出电压4V，内阻不计)E．滑动变阻器(阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A)F．开关1个，导线若干条．根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．\n\n\n实物连续如图7所示．图7[答案]如图7所示．\n题后反思：分压电路的实物连接是学习的难点，连线时可先连电源→开关→滑动变阻器两端(阻值最大)，再连接待测电阻支路，最后将伏特表并联到Rx两端．连图时要尽量按照电流的流向，先“串”后“并”，先“干路”后“支路”，同时也要注意电压表和电流表接线柱的“＋”、“－”．\n(2008·天津高考)用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将实物图8连线成为实验电路．图8\n解析：从题目中给的电压表的内阻和电流表的内阻以及待测电阻R0的阻值可以判断测量电路要用电流表内接法，滑动变阻器的电阻比较小，所以电源电路采用分压法．答案：实物连接如图9图9\n1．有一规格为“220V,100W”的灯泡，现用一准确的欧姆表测其电阻，测量的结果是()A．大于484ΩB．等于484ΩC．小于484ΩD．无法确定\n解析：R＝＝Ω＝484Ω是灯发热状态下的电阻．用欧姆表测量时，灯丝温度为室温，所以其阻值比484Ω小．答案：C\n2．要测定小灯泡L“2.5V,0.3A”的伏安特性曲线，测量电路应选用下图中的哪种电路()\n解析：一般小灯泡的电阻比较小，与电流表内阻差不太远，而与电压表内阻相差太远所以为使测量准确，应选安培表外接法，故选A.答案：A\n3．用下列器材，测定小灯泡的额定功率(A)待测小灯泡，额定电压6V，额定功率约为3W(B)电流表：量程0.6A、内阻约为0.5Ω(C)电压表：量程3V、内阻约为5kΩ(D)滑动变阻器R：最大阻值20Ω、额定电流1A(E)电源：电动势10V、内阻很小(F)定值电阻：R0＝10kΩ(G)开关一个，导线若干(1)画出实验电路图；(2)实验中，电压表的示数应调为多少伏？若此时电流表示数为1A，则小灯泡的额定功率为多大？\n答案：(1)电压表的量程小于小灯泡的额定电压，可串联定值电阻R0改装成量程为9V的电压表．小灯泡的额定电流约为I灯＝0.5A，电阻大约为R灯＝12Ω≪15kΩ，所以应将电流表外接．实验电路如图10所示图10\n(2)小灯泡两端的电压调为6V时，电压表两端的电压为：U＝U灯＝×6V＝2V，即电压表示数应调为2V，小灯泡额定功率为6W\n4．某同学用如图11所示的电路欲测绘标有“3.8V0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象．图11\n(1)除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：A1(量程100mA，内阻约2Ω)A2(量程0.6A，内阻约0.3Ω)；电压表：V1(量程5V，内阻约5kΩ)；V2(量程15V，内阻约15kΩ)；\n滑动变阻器：R1(阻值范围0～10Ω)；R2(阻值范围0～2kΩ)；电源：E1(电动势为1.5V，内阻约为0.2Ω)；E2(电动势为4V，内阻约为0.04Ω)．为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___，电压表________，滑动变阻器________，电源______．(填器材的符号)\n(2)根据实验数据，计算并描绘出R—U的图象，如图12所示．由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_____Ω；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为______Ω，灯泡实际消耗的电功率为______W图12\n(3)根据R—U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系．符合该关系的示意图是下图中的________．\n答案：(1)对器材的选用应以安全、实用为原则．小灯泡的额定电压和额定电流分别为3.8V和0.3A，故电压表应选V1，电流表应选A2；由于是分压接法，故滑动变阻器应选R1，电源应选E2.(2)由R—U图象可看出：U＝0时，小灯泡不工作，对应电阻为1.5Ω，当U＝3.0V时，对应的电阻为11.5Ω.此时，灯泡实际消耗的功率P＝＝0.78W.(3)由R—U图线可看出，随U的增大，电阻的变化越来越小，而P＝，随U的变化，功率P的变化将更加明显，故选A.\n5．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图13所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：图13\n(1)若电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小电珠不亮，则断路的导线为________；(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小电珠亮，则断路的导线为________；(3)若反复调节滑动变阻器，小电珠亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为________．\n解析：将实物图转化成原理图，如图14所示图14\n(1)电压表有示数说明电压表与供电电路相连，而小灯泡不亮，故d导线断．(2)电压表示数为零，电流表为0.3A，则电压表与电源断开，故h导线断．(3)无论如何调节，电压表、电流表示数不能调为零，说明变阻器不为分压式接法，但灯泡仍亮且变化，故g导线断．答案：(1)d(2)h(3)g\n6．如图15甲所示，为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I—U特性曲线的实验电路图．图15\n(1)根据电路图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实验电路连接完整．(2)开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于________端(选填“A”、“B”或“AB中间”)．(3)实验中测得有关数据如下表：U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27\n根据表中的实验数据，在图16中画出小灯泡的I—U特性曲线．图16(4)若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Ω，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比，试估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为________℃.\n解析：(1)实验电路连接如图17所示．图17(2)开关S闭合后，调节滑动变阻器应使小灯泡两端的电压从0逐渐增大，防止小灯泡被烧毁．所以开关S闭合之前，滑片应该置于A端．\n(3)画出的小灯泡的I—U特性曲线，如图18所示．图18\n(4)从图18中可以得出，小灯泡的电压为2.5V时，通过小灯泡的电流为0.26A，小灯泡以额定功率工作时灯丝的电阻为：R＝＝9.6Ω，由题意知，灯丝的电阻值与灯丝的热力学温度成正比，则有：R∶T＝R1∶T1，解得T＝＝K＝1920K灯丝的温度为：t＝T－273＝1647℃.答案：(1)见图17(2)A(3)见图18(4)1647\n7．(2008·广东高考)某同学利用图19(a)所示的电路研究灯泡L1(6V,1.5W)、L2(6V,10W)的发光情况(假设灯泡电阻恒定)，图19(b)为实物图．\n(1)他分别将L1、L2接入图19(a)中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为6V时，发现灯泡均能正常发光．在图19(b)中用笔线代替导线将电路连线补充完整．(2)接着他将L1和L2串联后接入图19(a)中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为6V时，发现其中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮，出现这种现象的原因是__________________________________．\n(3)现有如下器材：电源E(6V，内阻不计)，灯泡L1(6V,1.5W)、L2(6V,10W)，L3(6V,10W)，单刀双掷开关S.在图(c)中设计一个机动车转向灯的控制电路：当单刀双掷开关S与1相接时，信号灯L1亮，右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮；当单刀双掷开关S与2相接时，信号灯L1亮，左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮．解析：(1)变阻器为分压式接法．(2)由于RL1比RL2大得多，因而灯泡L2分得的电压很小，虽然有电流流过，但功率很小，不能发光(3)结合(2)中的现象来设计电路．\n答案：(1)如图20b(2)由于RL1比RL2大得多，因而灯泡L2分得的电压很小，虽然有电流流过，但功率很小，不能发光．(3)如图20c图20\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全