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1、第 5 课时 实验二 : 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验详解 要点例析 一、实验目的 1 . 描绘小电珠的伏安特性曲线 . 2. 分析伏安特性曲线的变 化规律 . 实验详解 逐项说明 掌握 技能 二、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 U - 用一条平滑的曲线将这些点连起来 . 2. 电流表外接 : 因为小电珠的电阻很小 , 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 . 三、实验器材 小电珠 (3. 8 V,0. 3 A) 或 ( ,) 一个、电压表 (0 3 V
2、15 V) 与电流表 (0 0 3 A) 各一个、滑动变阻器 ( 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 . 四、实验步骤 1. 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 , 按图所示的原理图连接好实验电路 . 2. 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. 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. U/V 0 I/A U/V I/A 4. 拆除电路 , 整理仪器 . 五、数据
3、处理 ( 画出伏安特性曲线 ) 1. 在坐标纸上以 U 为横轴 ,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. 将描出的点用平滑的曲线连结起来 , 就得到小电珠的伏安特性曲线 . 六、误差分析 1. 由于电压表、电流表不是理想电表 , 电表内阻对电路的影响会带来误差 . 2. 电流表、电压表的读数带来误差 , 要严格按照读数规则读数 . 3 . 在坐标纸上描点 , 作图带来误差 . 七、注意事项 1. 电路的连接方式 (1) 电流 表应采用外接法 . 因为小电珠“ V A ”的电阻
4、较小 , 与 0 A 的电流表串联时 , 电流表的分压影响很大 . (2) 滑动变阻器应采用分压式接法 , 目的是为了使小电珠两端的电压能从 0 开始连续变化 . 2. 闭合开关 S 前 , 滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为 0 的一端 , 从而使开关闭合时小电珠电压能从 0 开始变化 , 同时 , 也为了防止开关刚闭合时小电珠因两端电压过大而烧坏灯丝 . 3. I - U 图象在 U 0 =1 左右将发生明显弯曲 , 故在 U=1 左右绘点要密 , 以防出现很大误差 . 4. 电流表选择 A 量程 , 电压表量程选择视小电珠的额定电压而定 . (1) 若使用“ 3 A ”的小电珠 ,
5、选用电压表的 1 5 (2) 若使用“ 2 0. 6 A ”的小电珠 , 则选用电压表的 3 5. 当小电珠电压快接近额定电压值时 , 要缓慢地增加到额定电压值 , 记录 I 后马上断开开关 . 6. 误差较大的点要舍去 ,I - U 图象应是平滑曲线而非折线 . 7. 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 , 使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸 . 类型一 实验原理及器材的应用 【例 1 】 (20 13 合肥月考 ) 有一个小电珠上标有“ 4 V 2 W ”的字样 , 现在要用伏安法描绘这个小电珠的 U - I 图线 . 有下列器材供选用 :
6、 A. 电压表 (0 5 V, 内阻 10 k ) B. 电压表 (0 1 0 V, 内阻 20 k ) C. 电流表 ( 0 3 A, 电阻 1 ) D. 电流表 ( 0 , 内阻 ) E. 滑动变阻器 ( 5 ,1 A ) F. 滑动变阻器 ( 500 ,0 ) G. 电源、开关一个、导线若干 要点例析 典例 精 析 把握规律 (1) 实验中电压表应选用 , 电流表应选用 . 为使实验误差尽量减小 , 要求电压表从零 开始变化且多取几组数据 , 滑动变阻器应选用 ( 用序号字母表示 ). (2) 请在框内画出满足实验要求的电路图 , 并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图 .
7、解析 : (1) 因小电珠的额定电压为 4 V, 所以电压表应选用 A, 小电珠的额定电流 I=. 5 A, 所以电流表应选用 D; 小电珠正常工作时的电阻为 R=8 ,因为RR x ,R x 为小电阻 , 电流表应采用外接法 ,要求电压表从零开始变化 , 故滑动变阻器采用分压接法 , 为便于调节 , 滑动变阻器应选用 E. (2) 满足实验要求的电路图如图所示 . 接成相应实物电路图如图所示 . 答案 : (1)A D E (2) 见 解析 类型二 实验数据的处理 【例 2 】 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中 , 某同学测得电流 电压的数据如下表所示 : 电流 I/电压 U/V (1
8、) 用上表数据描绘电压随电流的变化曲线 ; (2) 为了探究灯丝电阻与温度的关系 , 已作出电阻随电流的变化曲线如图所示 , 请指出图线的特征 , 并解释形成的原因 . 思路探究 : (1)U - I 图象若为曲线 , 怎样求电阻 ? 答 : 读取某点 U 和 I, 该点电阻 R= (2) 金属的电阻率随温度如何变化 ? 答 : 随温度的升高而增大 . 解析 : (1) (2) 电阻随电流增大而增大 电流很小时 , 灯丝温度低 , 电阻变化不大 ; 随灯丝温度升高快 , 电阻增大快 ; 当温度达到一定值时 , 电能转化为光能 , 灯丝温度升高变慢 , 电阻增大也变慢 . 答案 : 见解析 类型
9、三 创新拓展 【例 3 】 (20 12 年四川理综 ) 某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线 , 可供选用的器材如下 : 小灯泡 L, 规格“ 4 0. 7 A ” ; 电流表 A 1 , 量程 3 A, 内阻约为 ; 电流表 A 2 , 量程 0. 6 A, 内阻 r 2 =0 ; 电压表 V, 量程 3 V, 内阻 r V =9 k ; 标准电阻 R 1 , 阻值 1 ; 标准电阻 R 2 , 阻值 3 k ; 滑动变阻器 R, 阻值范围 0 1 0 ; 学生电源 E, 电动势 6 V, 内阻不计 ; 开关 S 及导线若干 . (1) 甲同学设计了如图 ( 甲 ) 所示的电路
10、来进行测量 , 当通过 L 的电流为 A 时 , 电压表的示数如图 ( 乙 ) 所示 , 此时 L 的电阻为 . (2) 乙同学又设计了如图 ( 丙 ) 所示的电路来进行测量 , 电压表指针指在最大刻度时 , 加在 L 上的电压值是 V. (3) 学习小组认为要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲线 , 需要重新设计电路 . 请你在乙同学的基础上利用所供器材 , 在图 ( 丁 ) 所示的虚线框内补画出实验电路图 , 并在图上标明所选器材代号 . 思路探究 : (1) 由 ( 丙 ) 图如何求 L 的电压 ? 答 : 将电压表视为一个电阻 , 根据串、并联关系求解 . (2) 怎样获得 L 完整的伏安特性曲线 ? 答 : 将电压表和电流表改装 , 增大量程 . 解析 : (1) 题图 ( 乙 ) 电压表量程为 3 V, 则示数为 ,解得电阻值 R=5 . (2) 电压表满偏为 3 V, 设此支路电压为 U, 则有39 , 解得 U=4 V, 即小灯泡 L 上的电压 U L =U =4 V. (3) 因为 L 的额定电流 A 大于电流表的量程 A , 故需要在 旁并联适当的分流电阻 R 1 , 据 I I 1 R 1 , I 1 +I I L , 这样能充分测量 L 的电压及电流 . 答案 : (1)5 (2)4 (3) 如图所示 点击进入课后训练
