《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线,【实验目的】 1.掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式。 2.掌握伏安特性曲线的描绘方法。 3.理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线。,【实验原理】 1.用电流表测出流过小电珠的电流,用电压表测出小电珠两端的电压,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。,2.电流表外接:因为小电珠的电阻较小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用分压式,使电压能从零开始连续变化。,【实验器材】 小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(03 V15 V)与电流表(00.6 A3 A)各一个、滑动变
2、阻器(最大阻值20 )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。,【实验过程】 1.电路连接:确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按图中的原理图连接好实验电路。,2.开关闭合:把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。 3.数据测量:移动滑动变阻器滑片位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。,【数据处理】 1.在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。 2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。,3.
3、将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。,【误差分析】 1.系统误差:由于采用的是电流表外接法,电流表的测量值大于小电珠电流的真实值。,2.偶然误差: (1)电压表、电流表读数时存在误差。 (2)在坐标纸上描点、作图时存在误差。,【注意事项】 1.电路的调节:闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏小电珠。,2.图象的画法: (1)建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取的标度要合理。 (2)I-U图线在U=1.0 V左右时将发生明显弯曲,故在U
4、=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。 (3)误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。,3.实验操作:当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。,热点一 实验原理的理解和器材的选取 【典例1】小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,将实验数据记录在表格中: 导学号04450184,(1)实验室有两种滑动变阻器供选择: A.滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流3 A) B.滑动变阻器(阻值范围02 000 、额定电流1 A),实验中选择的滑动变阻器是 。(填写字母序号) (2)在图甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。 (3)开关闭合前,
5、滑动变阻器的滑片应滑至 (选填“左”或“右”)端。,(4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图象。,(5)他们在U-I图象上找到小灯泡工作电压为2.0 V时坐标点,计算此状态的电阻值时,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值;小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值。你认为 (选填“小华”或“小明”)的方法正确。,【规范解答】(1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右,为了便于测量,滑动变阻器选择010 的。 (2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起,则滑动变阻器采用分压式接法;电流表采用外接法。实物连线图如图所示。,(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端。
6、 (4)小灯泡的U-I图象如图所示。,(5)根据欧姆定律知R= 电阻的大小为该点与坐标 原点连线的斜率,故小华的方法正确。 答案:(1)A (2)见规范解答图 (3)左 (4)见规范解答图 (5)小华,【强化训练】 1.某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件,该电学元件上标有“最大电流不超过6 mA,最大电压不超过7 V”,同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线,他们设计的一部分电路如图所示,图中定值电阻R=1 k,用于限流;电流表量程为10 mA,内阻约为5 ;电压表(未画出)量程为10 V,内阻约为10 k;电源电动势E为12 V,内阻不计。,(1)实验时有两个滑动变阻器可供
7、选择: A.阻值0200 ,额定电流0.3 A B.阻值020 ,额定电流0.5 A 应选的滑动变阻器是 (选填“A”或“B”)。,正确接线后,测得数据如表所示:,(2)由以上数据分析可知,电压表应并联在M与 (选填“O”或“P”)之间。 (3)将电路图在虚线框中补充完整:,(4)从表中数据可知,该电学元件的电阻的特点是: _。,【解析】(1)滑动变阻器A允许的最大电压为0.3 200 V=60 V12 V,滑动变阻器B两端所能加的最大电压为0.520 V=10 V12 V,为保证安全,滑动变阻器应选A。,(2)由表中实验数据可知,电学元件电阻最小测量值约 为R= 1 163.6 ,电流表内阻
8、约为5 ,电 压表内阻约为10 k,相对来说,元件电阻远大于电流 表内阻,电流表应采用内接法,因此电压表应并联在M 与P之间。,(3)由表中实验数据可知,电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,由(2)可知,电流表采用内接法,实验电路图如图所示:,(4)由表中实验数据可知,当元件两端的电压小于6 V时,电路电流很小,几乎为零,由欧姆定律可知,元件电阻非常大,不导电;当元件两端电压大于6 V时,随着电压的升高电流迅速增大,电压与电流的比值减小,电阻变小。,答案:(1)A (2)P (3)见解析图 (4)当元件两端的电压小于6 V时,元件电阻非常大,不导电;当元件两端电压大于6 V时,随
9、着电压的升高而电阻变小,2.某同学通过实验研究LED灯的伏安特性曲线,可用的器材如下:电源(内阻不计)、滑动变阻器、电流表、电压表、不同规格的LED灯两组、开关、导线。,(1)该同学将灯L1连接成如图甲所示的实验电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片位置应置于最 (选填“左”或“右”)端。各元件检查正常,闭合开关后,移动滑动变阻器滑片,发现电压表有示数,而电流表始终无示数,且灯L1不亮,则一定断路的导线是 。,(2)更换导线后,移动滑动变阻器滑片,得到灯L1的I-U图象如图乙中的图线,则可知灯L1的电阻随电压增大而 (选填“变大”“变小”或“不变”)。,(3)换灯L2重做实验,得到其I-U图象如图
10、乙中的图线。将滑动变阻器的滑片移到合适位置固定,同时撤去导线2,接灯L2时电流表的读数为0.16 A,接灯L1时电流表的读数为0.14 A,灯被短路时,电流表的读数应为 A。(结果保留两位有效数字),【解析】(1)该同学将灯L1连接成如题图甲所示的实验 电路,由图可知该电路为分压式电路,所以开关闭合前, 滑动变阻器的滑片应置于最左端,使开始时LED灯两端 的电压最小。各元件检查正常,闭合开关后,移动滑动 变阻器滑片,发现电压表有示数,说明电压表的支路没,有问题;而电流表始终无示数,且灯L1不亮,则只有LED灯的支路存在问题,所以一定断路的导线是6。,(2)在题图乙I-U图象中,各个点与坐标原点
11、的连线的斜率表示电阻的倒数,由图可知,随电压增大,各点与坐标原点的连线的斜率增大,所以可知灯L1的电阻值减小。,(3)由题图乙可以读出,接灯L2时电流表的读数为 0.16 A,此时的电压为U2=0.8 V;接灯L1时电流表的读 数为0.14 A,此时的电压为U1=1.1 V;设电源的电动势 为E,滑动变阻器阻值为R,由闭合电路欧姆定律得 E=U1+I1R,E=U2+I2R,联立解得E=3.2 V,R=15 。所以 当灯被短路时,电流表的读数I= =0.213 A 0.21 A。,答案:(1)左 6 (2)变小 (3)0.21,【反思归纳】选择电学实验仪器要遵循安全性原则(不使电学元件受损)和准
12、确性原则(尽量减小误差)。比如选择电表时,首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后再合理选择量程使指针有较大偏转(要达到满偏的1/3),以尽量减小测量的相对误差。而一些实验压轴题的难点往往就放在对安全性原则和准确性原则的理解上。,热点二 实验电路的选取和实验数据的处理 【典例2】(2017全国卷)某同学研究小灯泡的伏安 特性,所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定 电流0.32 A);电压表 (量程3 V,内阻3 k);电流表 (量程0.5 A,内阻0.5 );固定电阻R0(阻值 1 000 );滑动变阻器R(阻值09.0 );电源E(电动,势5 V,内阻
13、不计);开关S;导线若干。 导学号04450185 (1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。 (2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。,由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (选填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (选填“增大”“不变”或“减小”)。,(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器 材连接成图乙所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值, 可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范 围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。(结果均保留2位小数),【规范解答】(1)由于电压表量程是0 3 V
14、UL=3.8 V,故用定值电阻R0与电压表串联,扩大其量程。电源内阻不计,滑动变阻器总阻值较小,小灯泡上的电压应从零开始调节,故实验电路采用外接法分压式电路,如图所示。,(2)小灯泡伏安特性曲线上的某一点与原点连线的斜率 的物理意义是 随着电流的增加,小灯泡的电阻增大, 由电阻定律知灯丝的电阻率增大。,(3)当滑动变阻器阻值R1=9 时,小灯泡上电压随电流变化的关系为:U1= E0-I1(r+R1),即:U1 = 4-10I1;在图甲小灯泡伏安特性曲线上作出关系式表示的直线(如图)。直线与曲线交点坐标为(1.75 V,225 mA),故小灯泡的最小功率为P1 = I1U1 =0.2251.75
15、 W= 0.39 W;,当滑动变阻器阻值R2=0时,灯泡消耗的功率最大,有U2=E0-I2r,即:U2=4-I2,直线与曲线交点坐标为(3.67 V,320 mA),如图所示。小灯泡的最大功率为P2=I2U2=0.323.67 W = 1.17 W。,答案:(1)见规范解答 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17,【强化训练】 1.要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V,并便于操作。已选用的器材有:,电池组(电动势为4.5 V,内阻约1 ); 电流表(量程为0250 mA,内阻约5 ); 电压表(量程为03 V,内阻约3 k);
16、开关一个、导线若干。,(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 (填字母代号)。 A.滑动变阻器(最大阻值20 ,额定电流1 A) B.滑动变阻器(最大阻值1 750 ,额定电流0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号)。,(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V、内阻为5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W。,【解析】(1)因实验要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到3 V,所以滑动变阻器应用分压式接法,应选最大电阻较小的变阻器A。,(2)因小灯泡电阻为R= 所以 故电流表应用外接法,而滑动变阻器 用分压式,故电路图应选B。,(3)电源与小灯泡直接串联,那么路端电压等于小灯泡 两端的电压,画出内阻为5 ,电动势为1.5 V的电源的 路端电压与干路电流的关系图
