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1、第第2323讲电学实验讲电学实验(1)(1)基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升测绘小灯泡的伏安特性曲线1.实验原理图3基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.实验目的(1)练习使用电流表和电压表。(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线。(3)根据伏安特性曲线分析电流随电压变化的规律。3.实验原理(1)通过调整滑动变阻器,改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流,用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,绘制小灯泡的伏安特性曲线,进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律。(2)小灯泡电阻较小,所以电流表应采用外接法连入电路。(3)电压应从“0”开始变化,所以滑动变阻器采用
2、分压式接法。4基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升4.实验器材小灯泡“3.8V0.3A”、电压表“03V15V”、电流表“00.6A3A”、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。5基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升5.实验步骤(1)画出实验电路图。(2)检查电表的指针是否指在“0”刻度线,若不是,应先进行机械调零。(3)将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成闭合电路。(4)调整滑动变阻器的滑片,使其处在合上开关时小灯泡两端的电压为零的位置上。(5)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压由零增大至额定电压,
3、分别读出上述过程中电压表、电流表的读数,同时观察小灯泡的发光情况,并将测量数据填入自己设计的表格中。拆除实验电路,整理实验器材。6基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升6.数据处理在坐标纸上以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系,并根据表中数据描点,用平滑的曲线连接各点得到I-U图线。7.注意事项(1)本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此滑动变阻器采用分压接法。(2)本实验中,因被测小灯泡的电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法。(3)实验时要根据小灯泡的额定电压选择电压表的量程。7基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(4)因小灯泡的伏安
4、特性曲线不是直线,故闭合开关,调节变阻器滑片的位置使小灯泡的电压逐渐增大时,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)时,读取一次电流值,不能任意调节电压、电流读数;但在U=1V左右要适当多测几组数据(此时I-U曲线明显变化)。(5)开关闭合前滑动变阻器的滑片应在灯泡两端电压为零的位置。(6)两坐标轴选取的标度要合理,尽可能使根据数据画出的图线占满坐标纸,描点连线时要用平滑的曲线连线,注意曲线的斜率不是此状态下小灯泡的电阻。8基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升1.(实验原理和读数)在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中,小灯泡额定电压为2.5V、电流为0.3A。(1)部分连线的实物照片
5、如图甲所示,请完成实物连接图;(2)某次实验中,当电流表的示数为0.18A,电压表的指针如图乙所示,则电压为V,此时小灯泡的功率是W;(3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的(填字母)。9基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升答案 (1)如解析图所示(2)1.500.27(3)C解析 (1)本实验中滑动变阻器应用分压式接法,由于电灯泡是小电阻,电流表应该外接,所以如图所示;(2)两节电池电动势为3V,电压表量程选择3V,最小刻度为0.1V,为十分之一估读法,读为1.50V,灯泡功率为P=UI=0.181.50W=0.27W;(3)在伏安特性曲线中,电阻大小为,且通电时间越长,电
6、阻越大,斜率越小,选项C正确。10基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.(实验的数据处理与误差分析)某实验小组利用图甲的实物连线图,做测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,该小组在实验时测得两组数据,第一组是电压从0逐渐增加到2.5V,第二组是从2.5V逐渐减小到0,将两组数据描在I-U图上,如图乙,第一组数据的数据点在图中是用(选填“”或“”)表示的。11基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升另一实验小组用同样的电路实验,发现电压表示数的最大值只有1.5V,检查电路正确并连接良好,而后将电路断开,用电压表直接接到这两节电池串联而成的电池组两端,电压表示数为3.00V。请解释
7、原因:。答案 该实验小组所用的电池的内阻较大解析 金属导体电阻随温度的变化而变化,第二组中由于开始时温度较高,故第二组在相同电压下测得的电阻应较大,第一组测出的电阻较小;因图象为I-U图象,其与原点连线的斜率表示电阻的倒数,故第一组数据是用表示的。直接测量时为电源的电动势,而在接入电路时输出电压较小,故说明电源内阻较大。12基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升3.(实验的变式)物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其额定功率为0.75W,额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压他们怀疑所得电压
8、值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯泡的U-I图线,进而分析灯泡的额定电压。A.电压表V(量程3V,内阻约3k)B.电流表A1(量程150mA,内阻约2)C.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6)D.滑动变阻器R1(020)E.滑动变阻器R2(0100)F.电源E(电动势4.0V,内阻不计)G.开关S和导线若干H.待测灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知)13基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表选择(选填“A1”或“A2”)
9、;滑动变阻器选择(选填“R1”或“R2”)。14基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(2)在实验过程中,该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,当电压达到1.23V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70V时,发现灯泡已过亮,便立即断开开关,并将所测数据记录在下面表格中。请你根据实验数据在下图中作出灯泡的U-I图线。15基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为V;这一结果大于1.23V,其原因是。答案 (1)电路原理图如图所示A2R1(2)见解析图(3)2.5(2.42.6)灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)16基础
10、夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升解析 (1)根据P=I2R,估算灯泡的电流大约是600mA,因此电流表应选A2;本实验要描绘出灯泡的U-I图线,需要测量多组数据,因此滑动变阻器应接成分压式,所以应选阻值较小的R1;小灯泡电阻不大,电流表应外接。(2)如图所示(3)由P=UI=0.75W,再结合图象可知U额=2.5V;大于1.23V是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻。17基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升1.实物连线就是根据电路图把实物连起来,实物连线的一般思路如下:(1)先画电路图,后画实物图。在电路图上标明电源的正、负极,电流表和电压表的正、负接线柱等。(按实物
11、的布局设计线路图,再根据线路图连接实物图)(2)先串后并,注意正负。画电路实物图时,应选择一条包含电路元件最多的通路,例如:从电源的正极出发,沿着电流的方向依次把开关、用电器、电流表(先接正柱,后接负柱)、变阻器等连接起来,一直连到电源负极,然后再把其余的电路元件和电压表并联在电路的某两点之间。18基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(3)注意量程,接线到柱。连接多量程电流表、电压表时,应注意选择适当的接线柱(即选取合适的量程),所有导线的连接点都应画在用电器的接线柱上或电源的正、负极上,不应在无接线柱的地方把几条导线相接。(4)避免交叉,检查无误。所画导线不应交叉,以使连接情况清
12、晰易辨。画好电路实物图后,应对照电路图再检查一遍,以便减少错误。19基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.滑动变阻器限流式接法和分压式接法(电池内阻不计)20基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升3.电流表、电压表测电阻两种接法的比较选择21基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升22基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升4.实验器材的选择原则:安全,精确,操作方便。(1)安全:用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。(2)精确:电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上。(3)操作方便:从
13、便于操作来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。23基础夯实精准归纳题组突破强化提升探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系1.实验原理图2.实验目的(1)探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系(2)熟悉螺旋测微器的使用和读数24基础夯实精准归纳题组突破强化提升3.实验原理用控制变量法进行探究。保持横截面积和材料两个因素不变的条件下,改变导体长度,测出相应的电阻及导体长度,可得出电阻与导体长度关系。然后再依次研究电阻与另外两个因素的关系。利用本实验结果,我们还可以测量导体的电阻率,如果要具体测量导体的电阻,为减小误差,要根据被测电阻的大小
14、,合理选择电流表内接法或外接法。如图,a、b、c、d是四条不同的金属导体。在长度、横截面积、材料三个因素方面,b、c、d跟a相比,分别只有一个因素不同;b与a长度不同,c与a横截面积不同,d与a材料不同。图中四段导体是串联的,每段导体两端的电压与它们的电阻成正比,因此,用电压表分别测量a、b、c、d两端的电压,就能知道它们的电阻之比。25基础夯实精准归纳题组突破强化提升比较a、b的电阻之比与它们的长度之比;比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比;比较a、d的电阻是否相等。这样就可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系。改变滑动变阻器阻值,可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论。26
15、基础夯实精准归纳题组突破强化提升4.实验器材被测金属导体、螺旋测微器(或其他刻度尺)、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器、导线。5.实验步骤(1)根据实验原理图,连接实物,让滑动变阻器接入电路部分电阻最大,闭合开关。(2)移动滑动变阻器到某一位置,记录a、b、c、d四条不同的金属导体材料两端的电压。(3)移动滑动变阻器位置若干次,每次都重新记录a、b、c、d四条不同的金属导体材料两端的电压。(4)梳理记录的数据,探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系。27基础夯实精准归纳题组突破强化提升6.实验结论导体的电阻与导体的长度成正比,导体的电阻与导体的横截面积成反比,导体的电阻与导体
16、材料的性质有关。28基础夯实精准归纳题组突破强化提升1.(实验原理和操作)在探究导体电阻与其影响因素的定量关系的实验中:(1)某实验小组用如图甲所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究,a、b、c、d是四种金属丝。实验小组讨论时,某同学对此电路提出异议,他认为,电路中应该串联一个电流表,只有测出各段金属丝的电阻,才能分析电阻与其影响因素的定量关系。你认为要不要串联电流表?并简单说明理由。29基础夯实精准归纳题组突破强化提升几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示,电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝,则金属丝d应为下表中的(用表中编号D、E、F表示)。(2)该实验小组探究了导
17、体电阻与其影响因素的定量关系后,想测定某金属丝的电阻率。已测得金属丝长度为l=80.00cm,直径为d=1.6mm。30基础夯实精准归纳题组突破强化提升按图乙所示连接好电路,测量金属丝的电阻R。改变滑动变阻器的阻值,获得六组I、U数据描在图丙所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R= ,该金属丝的电阻率= m(保留两位有效数字)。31基础夯实精准归纳题组突破强化提升答案 (1)不需要,串联电路的电流处处相等,电压与电阻成正比E(2)0.521.310-6解析 (1)串联电路的电流处处相等,串联电阻两端电压与电阻成正比,不需要测出电流,根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小。探究影响电阻的因素,
18、应采用控制变量法,实验已选A、B、C的金属丝,根据控制变量法的要求,应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同,因此d应选表中的E。32基础夯实精准归纳题组突破强化提升(2)根据坐标系内的点作出图象如图所示。33基础夯实精准归纳题组突破强化提升2.(材料的电阻率相关)小明用电学方法测量电线的长度。首先,小明测得电线铜芯的直径为1.00mm,估计其长度不超过50m(已知铜的电阻率为1.7510-8m)。现有如下实验器材:量程为3V、内阻约为3k的电压表;量程为0.6A、内阻约为0.1的电流表;阻值为020的滑动变阻器;内阻可忽略、输出电压为3V的电源;阻值为R0=4.30的定值电阻,开关和导线若干
19、。小明采用伏安法测量电线电阻,正确连接电路后,调节滑动变阻器,电流表的示数从0开始增加,当示数为0.50A时,电压表示数如图甲所示,读数为V。根据小明测量的信息,图乙中P点应该(选填“接a”、“接b”“接c”或“不接”),Q点应该(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)。小明测得的电线长度为m。34基础夯实精准归纳题组突破强化提升答案 2.50接b接a31.4解析 由题图可得电压表量程为3V,最小精度0.1V,有效数字应该保留到0.01V,示数应为2.50V;被测量电阻属于小电阻,电流表应该外接,P点接b,题中要求电流表能从0开始变化,所以采取分压接法,Q点应接a,根据,联立可知长度为31.4m。35
