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1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线,实验基础,核心探究,实验基础 解读实验萃取精华,注意事项 1.电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法. (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零开始连续变化. 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零的一端,从而使开关闭合时小电珠两端的电压能从零开始变化,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图像在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U0=1.0 V左右绘点要密,以防出现很大误差. 4.当小电珠电压接近额定电压值时,要缓慢地增加到额定电压值,记录I后马上断开开关. 5.误差较
2、大的点要舍去,I-U图像应是平滑曲线. 误差分析 1.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. 3.在坐标纸上描点、作图带来误差.,核心探究 通法悟道拓宽思路,探究点一 基础性实验,【典例1】 (2017福建厦门期末)LED二极管的应用是非常广泛的,某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线,实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示:,实验室提供了以下器材: A.电压表(量程03 V,内阻约20 k) B.电压表(量程015 V,内阻约100 k) C.电流表(量程050 mA,内阻约40 ) D.电流表(量程00.6 A,内阻约2 ) E.滑动变阻器(
3、阻值范围020 ,允许最大电流2 A) F.电源(电动势6 V,内阻不计) G.开关,导线,解析:(1)根据实验数据表可知电压最大为2.8 V,最大电流为30 mA,所以电压表应选择A,电流表应选择C. (2)通过估算二极管的阻值可知满足 ,所以电流表应用外接法,由于电流从零调,所以变阻器应采用分压式接法,连线图如图所示.,答案:(1)A C (2)图见解析,(1)该同学做实验时,电压表选用的是 ,电流表选用的是 (填选项字母). (2)图(甲)中的实物连线已经连了部分电路,请按实验要求将实物图中的连线补充完整.,解析:(3)画出的I-U图像如图所示.,答案:(3)图见解析,(3)根据表中数据
4、,请在图(乙)中的坐标纸中画出该二极管的I-U图线.,(4)若此发光二极管的最佳工作电流为15 mA,现将此发光二极管与电动势为 3 V、内阻不计的电池组相连,还需串联一个阻值R= 的电阻,才能使它工作在最佳状态(结果保留两位有效数字).,答案:(4)53,方法技巧 处理图像及实物图连线的技巧 (1)小灯泡的伏安特性曲线(以I-U关系图线为例)上各点切线斜率的倒数不表示小灯泡在该电压下的电阻,此时计算小灯泡的电阻一定要使用电阻的定义式R= ,而不能使用表达式R= (只有当I和U为线性关系时二者才相等). (2)实物图连线的技巧 总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负. 对限流电路,只需用
5、笔画线当做导线,从电源正极开始,把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处). 对分压电路,应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝(三部分)用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动头的电势高低,根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况,将“伏安法”部分接入该两点间.(注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接的两点间阻值最小处),题组冲关,1.某同学想通过以下实验测量一小灯泡的额定功率,他所用器材如下: A.待测小灯泡一个:额定电压为2.5 V,电阻约为几欧 B.电压表一个:量程为3 V,
6、内阻约为3 k C.电流表一个:量程为0.6 A,内阻约为0.1 D.滑动变阻器一个,干电池两节,开关一个,导线若干 (1)请在(甲)图中补全测量小灯泡额定功率的电路图.,解析:(1)灯泡的电阻约为几欧,远小于电压表的内阻,属于小电阻,电流表采用外接法,电路图如图所示.,答案:(1)电路图见解析,(2)图(甲)中开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应置于 (选填“A端”“B端”或“A,B正中间”).,答案:(2)B端,解析:(2)图(甲)中开关S闭合之前,滑动变阻器的滑片应置于B端,使得闭合开关后,测量电路部分处于短路状态,电压表、电流表示数为0,起保护作用.,(3)该同学通过实验作出了小灯泡的伏安
7、特性曲线,如图(乙)所示,则小灯泡的额定功率为 W(结果保留两位有效数字).,解析:(3)当U=2.5 V时,电流I=0.44 A,所以额定功率为P=UI=2.50.44 W= 1.1 W.,答案:(3)1.1,解析:(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表,则两表自身也要消耗功率,所以该同学测出小灯泡的功率大于灯泡的实际消耗功率;由于电流表采用外接法,电压表有分流作用,使电流表测得电流大于灯泡实际流过的电流.,答案:(4)大于 电压表分流,电流表测得的电流大于灯泡的电流,(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表,该同学测出小灯泡的功率 (选填“大于”“等于”或“小于”)小
8、灯泡的实际消耗功率,引起误差的原因是 .,2.(2015浙江卷,22)图(甲)是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图.,答案:(1)图见解析,解析:(1)如图所示.,(1)根据图(甲)画出实验电路图;,(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图(乙)中的,所示,电流表量程为0.6 A,电压表量程为3 V.所示读数为: 、 、 、 .两组数据得到的电阻分别为 和 .,答案:(2)0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.27 V 2.7(0.1) 8.3(0.1)如填为8.3(0.1) 2.7(0.1)也行,探究点二 创新性实验,高考创新实验例析,【典例2】(
9、2017全国卷,23)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,内阻不计);开关S;导线若干. (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.,解析:(1)在额定电压下,小灯泡L的阻值RL= =11.875 ,这个阻值较小,所以采用电流表外接法;由于电压表量程为3 V,小于额定电压3.8 V,所以将固定电阻R0与电压表串联来测小灯泡电
10、压;要实现03.8 V的范围内的测量,滑动变阻器必须采用分压式接法,所以实验电路原理图如图所示.,答案:(1)见解析,(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (填“增大”“不变”或“减小”).,答案:(2)增大 增大,(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(b)所示的电路图,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),解析:(3)当R=9.0 时,小灯泡的实际功率
11、最小,由闭合电路欧姆定律有E0=I(R+r)+U,即4=10I+U,在图中作出该直线如图(甲)所示,交点坐标约为I=223 mA,U=1.77 V时最小功率Pmin=UI=0.39 W;当R=0时,小灯泡的实际功率最大,有E=Ir+U,即4=I+U,在图中作出该直线如图(乙)所示,交点坐标约为I=318 mA,U=3.69 V,小灯泡的最大功率Pmax=UI=1.17 W.,答案:(3)0.39 1.17,【创新/改进点分析】 1.实验方案的改进:电压表与定值电阻串联扩大量程. 2.数据处理的创新:在灯泡伏安特性曲线上画出表示电源或等效电源的伏安特性曲线,两图线的交点即为工作点.,【典例3】
12、(2015海南卷,12)某同学利用如图(甲)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化.实验中使用的器材为:电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100F)、电阻R1(约200 k)、电阻R2(1 k)、电压表 (量程6 V)、秒表、导线若干.(1)按图(甲)所示的电路原理图将图(乙)中实物图连线.,答案:(1)见解析图,解析:(1)根据电路图,实物图连线如图(a)所示.,(2)先闭合开关S2,再断开开关S2,闭合开关S1,同时按下秒表开始计时.若某时刻电压表的示数如图(丙)所示,电压表的读数为 V(保留2位小数).,答案:(2)3.60,解析:(2)电压表的量程为6 V,分
13、度值为0.1 V,所以读数为3.60 V.,(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表所示.在给出的坐标纸上绘出U-t图线,已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是 s.,答案:(3)图像见解析图 40,解析: (3)先描点,然后用圆滑的曲线将所描的点连接起来,如图(b)所示.从数据中可得出,电压表示数变化得越来越慢,而从40 s到50 s之间数据变化又突然快了,所以该数据对应表中的时间为40 s.,(4)电路中C,R2和S2构成的回路的作用是 .,答案:(4)使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和,解析:(4)电路中C,R2和S2构成的回路,先闭合开关S2
14、,再断开开关S1,使电容器上所带电荷量释放干净,不影响实验.,【创新/改进点分析】 1.实验方案的创新:本实验描绘的不是小灯泡的伏安特性曲线,而是电容器充电电压随时间变化的图像. 2.考查方式的拓展:电路中增加R2和S2,作用是实验前使电容器所带的电荷中和.,模拟创新实验冲关,1.热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC),正温度系数电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大,负温度系数电阻器(NTC)与之相反.某实验小组欲探究通过热敏电阻R1(常温下阻值约为10 )的电流随其两端电压变化的特点,现提供下列器材: A.电流表A1(量程100 mA,内阻约1 ) B.电流表A
15、2(量程0.6 A,内阻约0.3 ) C.电压表V1(量程3.0 V,内阻约3 k) D.电压表V2(量程15.0 V,内阻约10 k) E.滑动变阻器R(最大阻值为10 ) F.电源E(电动势15 V,内阻忽略) G.开关、导线若干,(1)该小组测出热敏电阻R1的U-I图线如图(甲)中曲线所示,该热敏电阻 是 (选择“PTC”或“NTC”)热敏电阻.,解析:(1)如题图(甲)曲线可知,随电压增大,电流增大,电压与电流比值增大,电阻阻值增大,即随温度升高,电阻阻值增大,该电阻是正温度系数(PTC)热敏电阻.,答案:(1)PTC,(2)请在所提供的器材中选择必需的器材,电流表应选 ,电压表应 选 (填写器材前面的字母);并在虚线框中画出该小组设计的电路图.,解析:(2)根据U-I图线可知电压表应选D,电流表应选B;由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,又变阻器采用分压式接法,电路图如图所示.,答案:(2)B D 图见解析,(3)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U-I图线如曲线所示.然后将热敏电阻R1,R2分别与某电池组连成如图(乙)所示电路.测得通过R1和R2的电流分别为0.30 A和0.60 A,则该电池组的电动势为 V.(结果保留三位有效数字),
