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1、实验九描绘小电珠的伏安特性曲线实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题一、实验目的1.测绘小灯泡的伏安特性曲线.2.分析伏安特性曲线的变化规律.二、实验原理1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,记下多组(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.电流表采用外接法,因为小灯泡的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用分压式接法,使电压能从零开始连续变化.实验溯本求源三、实验器材小灯泡(3.8V,0.3A)或(2.5V,0.6A)一个、电压表与电流表各一个、滑动变阻器一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导
2、线若干、坐标纸.四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,电流表采用外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按如图S9-1所示的原理图连接好实验电路.实验溯本求源图S9-12.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,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S.4.拆除电路,整理仪器.五、注意事项1.闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得的电压为0的一端,从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化,同时,也为了防止开关刚闭合时小灯泡因两端电压过大而被烧坏.实验溯本求源2.I-U图线在U=1.0V左右将发生明显弯曲,故
3、在U=1.0V左右要多测几组数据,以防出现很大误差.3.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线.4.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.实验溯本求源热点一实验原理与实验操作实验热点探究例1 为描绘小灯泡的伏安特性曲线,选用小灯泡额定值为“3.0V,1.2W”,实验中有仪器:电流表、电压表、开关、滑动变阻器、坐标纸、导线.(1)为使加在小灯泡两端的电压从零开始,能在较大的范围内调节,滑动变阻器应采用(选填“分压式”或“限流式”)接法.请在虚线框中画出电路图.(2)请根据你画的电路图,把图S9-2中的实验器材连成
4、符合要求的实验电路.图S9-2实验热点探究(3)为使读数误差尽可能小,电压表的量程应选用V,电流表的量程应选用A,为保证实验安全,测量范围不能超过V和A.实验热点探究实验热点探究实验热点探究变式题 2016天津卷某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整.可供该同学选用的器材除了开关、导线外,还有:电压表V1(量程03V,内阻等于3k);电压表V2(量程015V,内阻等于15k);电流表A1(量程0200mA,内阻等于10);电流表A2(量程03A,内阻等于0.1);滑动变阻器R1(010,额定电流2A);滑动变阻器R2(01k,额定
5、电流0.5A);定值电阻R3(阻值等于1);实验热点探究定值电阻R4(阻值等于10);定值电阻R5(阻值等于1k);电源E(E=6V,内阻不计).(1)请在虚线框中画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.(2)该同学描绘出的I-U图像应是图S9-3中的(填选项字母).图S9-3实验热点探究实验热点探究热点二数据处理与误差分析实验热点探究例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3.8V,额定电流0.32A);电压表V(量程3V,内阻3k);电流表A(量程0.5A,内阻0.5);固定电阻R0(阻值1000);滑动变阻器R(阻值09.0);电源
6、E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干.(1)实验要求能够实现在03.8V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S9-4甲所示.实验热点探究甲图S9-4乙实验热点探究由实验曲线可知,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4V,内阻1.00)和题给器材连接成图乙所示的电路图,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)实验热点探究答案(1)如图所示
7、(2)增大增大(3)0.391.17实验热点探究实验热点探究变式题 小华和小明在“描绘小灯泡的U-I图线”的实验中,将实验数据记录在下表中:(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、额定电流为3A)B.滑动变阻器(阻值范围02000、额定电流为1A)实验中选择的滑动变阻器是(填选项前的字母).(2)用笔画线代替导线,将图S9-5甲中的实物图连接完整.电压U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.102.50电流I/A0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.450.46实验热点探究(3)开关闭合前
8、,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图线.图S9-5实验热点探究(5)他们在U-I图像上找到小灯泡工作电压为2.0V时的坐标点,计算此状态的电阻值时,小明提出用图像上该点切线斜率表示小灯泡的阻值,小华提出用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.实验热点探究答案(1)A(2)如图甲所示(3)左(4)如图乙所示(5)小华实验热点探究实验热点探究要点总结热点三同类实验拓展与创新实验热点探究例3 硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如图S9-6甲所示的电路,给硅光电池加
9、反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反向电压与电流的关系.图中电压表V1的量程选用03V,内阻为6.0k;电压表V2量程选用015V,内阻约为30k;R0为保护电阻;直流电源电动势E约为12V,内阻不计.(1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.实验热点探究图S9-6实验热点探究(2)用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示数U1、U2.某次测量时,电压表V1示数如图丙所示,则U1=V,可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA.(保留两位小数)该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U1、U2数据,算出相应的硅光电池
10、两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“-”表示反向),并在图S9-7的坐标纸上建立Ux-Ix坐标系,请绘出Ux-Ix图线.实验热点探究次数123456789U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0.24 0.42 0.72 1.14 1.74U2/V 0.0 1.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 -8.0Ix/mA0.00 0.00 -0.01-0.02-0.04-0.07-0.12-0.19-0.29图S9-7由Ux-Ix图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ux与Ix成(选
11、填“线性”或“非线性”)关系.实验热点探究实验热点探究课时巩固训练1.有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线.除小灯泡、电源、开关、导线外,还有下列器材供选用:A.电压表(05V,内阻10k);B.电压表(010V,内阻20k);C.电流表(00.3A,内阻1);D.电流表(00.6A,内阻0.4);E.滑动变阻器(5,1A);F.滑动变阻器(500,0.2A).课时巩固训练(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,要求电压表示数从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用.(均填器材前的字母)(2)请在图S9-8中把相应的实物图补充完
12、整.图S9-8课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练A.电压表V(量程03V,内阻约为3k);B.电流表A1(量程0150mA,内阻约为2);C.电流表A2(量程0500mA,内阻约为0.6);D.滑动变阻器R1(020);E.滑动变阻器R2(050);F.电源E(电动势为4.0V,内阻不计);G.开关S和导线若干.(1)测量过程中他们发现,当电压达到1.23V时,灯泡亮度很弱,继续缓慢地增加电压,当电压达到2.70V时,发现灯泡已过亮,立即断开开关,所有测量数据见下表:课时巩固训练请你根据表中数据,在图S9-9给出的坐标纸上作出U-I图线,从中可得小灯泡的额定电压应为V(结果保留两
13、位有效数字).这一结果大于实验前的计算结果,原因是.次数1234567U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.202.70I/mA80155 195 227 255 279310图S9-9课时巩固训练(2)从表中的实验数据可以知道,他们在实验时所选择的电路应为图S9-10中的(填选项字母),电流表应选(填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”).图S9-10课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练3.2018北京八中模拟“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率为0.5W,实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选
14、择:A.直流电源(3V,内阻不计);B.直流电流表(0300mA,内阻约为5);C.直流电流表(03A,内阻约为0.025);D.直流电压表(03V,内阻约为3.0k);E.滑动变阻器(100,0.5A);F.滑动变阻器(10,2A).实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.课时巩固训练(1)实验中电流表应选用,滑动变阻器应选用.(均填器材前的选项字母)(2)实验应选择的电路图是图S9-11中的(填选项字母).图S9-11课时巩固训练(3)图S9-12甲是此实验的实物图,图中已连接了部分导线.请根据在上问中所选的电路图,补充完整实物间的连线.(4)开关S闭合之前,图S9-12甲中
15、滑动变阻器的滑片应该置于(选填“左端”“右端”或“正中间”).(5)根据实验数据,画出小灯泡I-U图线如图乙所示.由此可知,当电压为0.5V时,小灯泡的灯丝电阻是.图S9-12课时巩固训练(6)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的二次方U2变化的图像,图S9-13所给出的图像中可能正确的是(填选项字母).图S9-13课时巩固训练课时巩固训练4.2018茂名一模现要用伏安法描绘一只标称值为“2.5V,0.6W”的小灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:A.电压表(03V,内阻为3k;015V,内阻为10k);B.电流表(00.6A,内阻为0.5;03A,内阻为0.1);C
16、.滑动变阻器(10,2A);D.滑动变阻器(100,1A);E.蓄电池(电动势为6V,内阻不计).F.开关,导线.课时巩固训练(1)为了减小测量误差,图S9-14甲中的S1应接(选填“M”或“N”)处,滑动变阻器应选用(填器材前的选项字母).图S9-14课时巩固训练(2)根据电路图,用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图.(3)开关S闭合之前,滑动变阻器的滑片应该置于(选填“A端”“B端”或“AB正中间”).闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表示数变化明显,但电流表示数始终为0,则电路故障为.课时巩固训练课时巩固训练解析 (1)由电路图可知,电路采用了滑动变阻器分压接法;因灯泡
17、电阻较小,故电流表采用外接法,S1应接在M处;因采用分压接法,故滑动变阻器采用最大阻值较小的,应选用C.(2)根据实验原理图画出实物图如图所示.(3)为了保证实验安全,开始时灯泡两端的电压应为最小,故滑动变阻器的滑片应在A端;由题意可知,电压表示数变化明显,说明电压表与电源相连,且滑动变阻器连接正常,而电流表没有示数说明电路是断开的,由电路图可知,只能是灯泡发生了断路故障.课时巩固训练5.2018北京海淀期末在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,所用小灯泡标有“3.8V0.3A”字样,并提供有以下器材:A.电压表V(05V,内阻约为5k);B.电流表A1(050mA,内阻约为2);C.电流表
18、A2(0500mA,内阻约为1);D.滑动变阻器R1(010);E.滑动变阻器R2(02k);F.直流电源E(电动势为4.5V,内阻不计);G.开关S及导线若干.课时巩固训练(1)为了提高测量的准确度和调节方便:实验中应选用电流表,滑动变阻器.(均填器材前的选项字母)在虚线框内画出实验电路图.(2)由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图S9-15甲所示.在另一实验中将此小灯泡接入如图乙所示的电路中,电路中的电源电压U(U3.8V)恒定,在t=t0时刻闭合开关S,由电流传感器记录的电路中电流随时间变化的图像(i-t图像)可能是图S9-16中的(填选项字母).课时巩固训练图S9-1
19、5图S9-16课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练6.2018重庆巴蜀中学月考某物理学习小组的同学在研究性学习过程中,用伏安法研究某电子元件R1(6V,2.5W)的伏安特性曲线,要求多次测量并尽可能减小实验误差,备有下列器材:A.直流电源(6V,内阻不计);B.电流表G(满偏电流3mA,内阻为10);C.电流表A(00.6A,内阻未知);D.滑动变阻器R(020,5A);E.滑动变阻器R(0200,1A);F.定值电阻R0(阻值为1990);G.开关与导线若干.课时巩固训练(1)根据题目提供的实验器材,请你在虚线框内设计测量电子元件R1伏安特性曲线的电路原理图.(2)在实验中,为了操作方便且能
20、够准确地进行测量,滑动变阻器应选用(填器材前的选项字母).课时巩固训练(3)将上述电子元件R1和另一个电子元件R2接入如图S9-17甲所示的电路中,它们的U-I图线分别如图乙中a、b所示,电源的电动势E=7.0V,内阻忽略不计,调节滑动变阻器R3,使电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,则此时电子元件R1的阻值为,R3接入电路的阻值为.(结果保留两位有效数字)图S9-17课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练教师备用习题1.某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验,得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压):实验室提供如下器材:A.电流表A1(量程00.6A,内阻约为1.0)
21、;B.电流表A2(量程03A,内阻约为0.1);C.电压表V1(量程03V,内阻为3k);D.电压表V2(量程015V,内阻为15k);E.滑动变阻器R1(阻值010,额定电流为2A);F.滑动变阻器R2(阻值02k,额定电流为0.5A);G.稳压直流电源E(6V),开关和带夹子的导线若干以及长约14cm的绘图2B铅笔芯.U/V 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00I/A0.00 0.10 0.18 0.34 0.38 0.48教师备用习题(1)为了完成实验,电流表应该选择,电压表应该选择,滑动变阻器应该选择.(均填器材前的选项字母)(2)图的实验电路图中合理的是(填选项
22、字母).教师备用习题教师备用习题2.2015福建卷某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接.(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲的实物接线图中完成余下导线的连接.(2)某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为A.(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3V、内阻为1的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为W.(保留两位小数)教师备用习题教师备用习题教师备用习题教师备用习题3.2015
23、山东卷如图甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电阻,电流表、电压表均可视为理想电表.某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率.改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的U-I关系图线.甲乙教师备用习题回答下列问题:(1)滑动触头向下移动时,电压表示数(选填“增大”或“减小”).(2)I0=A.(3)RL消耗的最大功率为W(保留一位有效数字).教师备用习题教师备用习题4.现要测定一个额定电压为2.5V、额定功率约为0.7W的小灯泡的U-I图线.(1)为了使测量的电压能从零开始,测量误差较小,请在图中连好实物图.(2)合上开关前,滑动变阻器的滑片应置于滑动
24、变阻器的(选填“左端”或“右端”).教师备用习题(3)根据实验数据,描绘出的U-I图像如图所示,由图可知,当灯泡的电压为1.80V时,灯丝电阻为,小灯泡的功率为W.(结果均保留两位有效数字)(4)由图可确定小灯泡的电功率P与外加电压U的关系,符合该关系的图像是图的(填选项字母).教师备用习题教师备用习题教师备用习题5.要测绘一个标有“3V0.6W”的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3V,并便于操作.已选用的器材有:电池组(电动势为4.5V,内阻约为1);电流表(量程为0250mA,内阻约为5);电压表(量程为03V,内阻约为3k);开关一个、导线若干.(1)实验中所用的滑
25、动变阻器应选(填选项前的字母).A.滑动变阻器(最大阻值为20,额定电流为1A)B.滑动变阻器(最大阻值为1750,额定电流为0.3A)教师备用习题(2)实验的电路图应选图中的(填选项字母).教师备用习题(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1.5V、内阻为5的电源两端,小灯泡消耗的功率是W.教师备用习题解析 (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线时,小灯泡两端的电压应从0开始调节,故滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器应选用最大阻值小而额定电流大的A.(2)应采用滑动变阻器分压式接法和电流表外接法,所以应选用B图.(3)作出电路中电流与路端电压的关系图像,与小灯泡的伏安特性曲线交于一点,这点的电压与电流的乘积即为小灯泡消耗的功率,P=IU=0.101.0W=0.1W.
