【步步高】2020年高考物理大一輪 實驗八 描繪小電珠的伏安特性曲線 新人教版選修3-1

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1、實驗八　描繪小電珠的伏安特性曲線 一、滑動變阻器的限流接法和分壓接法 1．兩種接法比較 方式 內容 限流式接法 分壓式接法 對比說明 兩種接法電路圖 串、并 聯(lián)關系 不同 負載R上電壓調節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電 路調節(jié) 范圍大 負載R上電流調節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 分壓電 路調節(jié) 范圍大 閉合S前觸頭位置 b端 a端 都是為了 保護電路 元件 由上表可以看出：滑動變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調節(jié)范圍大，限流式接法較節(jié)能． 2．兩種接法的選擇 (1) 選擇不同接法的原則 (2)兩種接法的適用條

2、件 ①限流式接法適合測量阻值小的電阻(跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)． ②分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的總電阻要大)． ③如果R很小，限流式接法中滑動變阻器分得電壓較大，調節(jié)范圍也比較大．R很大時，分壓式接法中R幾乎不影響電壓的分配，滑片移動時，電壓變化接近線性關系，便于調節(jié)． a．若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，即若滑動變阻器阻值調到最大時，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法． b．若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，

3、滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化不明顯，此時，應改用分壓電路． c．若實驗中要求電壓從零開始調節(jié)，則必須采用分壓式接法． d．兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低． 二、描繪小電珠的伏安特性曲線 實驗目的 1．描繪小電珠的伏安特性曲線． 2．分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律． 實驗原理 1．用電流表測出流過小電珠的電流，用電壓表測出小電珠兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在U－I坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來． 2．電流表外接：因為小電珠的電阻很小，如果電流表內接，誤差明顯較大；滑動

4、變阻器采用分壓式接法，使電壓能從零開始連續(xù)變化． 實驗器材 小電珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一個、電壓表(0～3 V～15 V)與電流表(0～0.6 A～3 A)各一個、滑動變阻器(最大阻值20 Ω)一個、學生低壓直流電源(或電池組)、開關一個、導線若干、坐標紙、鉛筆． 實驗步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動變阻器采用分 壓式接法，按圖1的原理圖連接好實驗電路． 圖1 2．把滑動變阻器的滑片調節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后閉合開關S. 3．移動滑動變阻器滑片位置，測出多組不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開

5、開關S. U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I(A) 4．拆除電路，整理儀器． 數(shù)據(jù)處理 1．在坐標紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標系． 2．在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點．(坐標系縱軸和橫軸的標度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標紙為宜) 3．將描出的點用平滑的曲線連結起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線． 誤差分析 1．由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內阻對電路的影響會

6、帶來誤差． 2．電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差，要嚴格按照讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)． 3．在坐標紙上描點、作圖帶來操作誤差． 注意事項 1．電路的連接方式 (1)電流表應采用外接法，因為小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與0～0.6 A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大． (2)滑動變阻器應采用分壓式接法，目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化. 2．閉合開關S前，滑動變阻器的觸頭應移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關閉合時小電珠的電壓從零開始變化，同時也是為了防止開關剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲． 3．I－U圖線在U0＝1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U0＝1

7、.0 V左右描點要密，以防出現(xiàn)較大誤差． 4．電流表選擇0.6 A量程，電壓表量程的選擇視小電珠的額定電壓而定，即若使用“3.8 V,0.3 A”的小電珠，選用電壓表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小電珠，則選用電壓表的3 V量程． 5．當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加，到額定值記錄后馬上斷開開關． 6．誤差較大的點要舍去，I－U圖線應是平滑曲線而非折線． 實驗改進 一種測小電珠的電阻的準確方法 實驗原理：如圖2所示，兩個電壓表完全相同且內阻很大．移動滑動觸頭，調節(jié)電阻箱的示數(shù)，使兩個電壓表示數(shù)相同，則電阻箱的讀數(shù)即為小電珠電阻，記下小電珠的電阻和電壓；多次移

8、動滑動觸頭，采用相同方法，記下相應電阻箱示數(shù)和 電壓表的讀數(shù)．在坐標紙上畫出R－U圖線，并分析R隨U變化的規(guī)律． 圖2 在描繪小電珠的伏安特性曲線的實驗中，由于電表內阻的影響，會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差使得小電珠的電阻測量不準確.上述實驗方法可以消除這種誤差，操作、讀數(shù)也較方便. 記憶口訣 電路連接是關鍵，先串后并把線連, 滑動變阻要分壓，A表外接減誤差, 電壓從零開始調，U－I坐標連曲線, 連好曲線細研究，得出規(guī)律記心間. 例1　圖3中所示器材為某同學測繪額定電壓為2.5 V的小燈泡的I－U特性曲線的實驗器材． (1)根據(jù)實驗原理，用筆畫線代替導線，將圖中的實驗電路圖連接完整．

9、 圖3 (2)開關S閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應該置于________．(選填“A端”、“B端”或“AB中間”) (3)實驗中測得有關數(shù)據(jù)如下表： U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/A 0.10 0.16 0.20 0.23 0.25 0.26 0.27 根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)，在圖4中畫出小燈泡的I－U特性曲線． 圖4 (4)若已知小燈泡燈絲在27 °C時電阻值約為1.5 Ω，并且其電阻值與燈絲的熱力學溫度成正比，試估算該小燈泡以額定功率工作時燈絲的溫度約為______°C.(保留三位有效數(shù)字)

10、 例2　某同學想描繪某一熱敏電阻的伏安特性曲線，實驗室提供下列器材： A．電壓表V(量程為0～5 V，內阻約5 kΩ) B．電流表A1(量程為0～25 mA，內阻約為0.2 Ω) C．電流表A2(量程為0～0.6 A，內阻約為0.1 Ω) D．滑動變阻器R1(0～10 Ω，額定電流1.5 A) E．滑動變阻器R2(0～1 000 Ω，額定電流0.5 A) F．定值電阻R0(R0＝1 000 Ω) G．直流電源(電動勢6 V，內阻忽略不計) H．電鍵一個、導線若干 (1)該同學選擇了適當?shù)钠鞑慕M成描繪伏安特性曲線的電路，得到熱敏電阻電壓和電流的7組數(shù)據(jù)(如下表)，請你在圖5中

11、作出熱敏電阻的伏安特性曲線. 電壓U(V) 0.0 1.0 2.0 2.4 3.0 3.6 4.0 電流I(mA) 0.0 1.6 5.8 8.0 11.8 16.0 20.0 圖5 (2)由此曲線可知，該熱敏電阻的阻值隨電壓的增大而________(選填“增大”或“減小”)．該同學選擇的電流表是________(選填“B”或“C”)，選擇的滑動變阻器是________(選填“D”或“E”)． (3)請在虛線框中畫出該同學完成此實驗的電路圖(熱敏電阻符號為) 23.實驗電路設計的思路與方法 電路設計也是高考實驗題中?？碱}型之一．首先應明確題

12、目的要求，看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或要求設計達到何種標準的電路等．其設計原則是：安全、方便、經(jīng)濟．任何實驗電路都由測量電路和控制電路構成，測量電路又由電表和被測元件構成，而控制電路由變阻器、開關、電源構成．在測量電路中，一般由電流表內接和外接兩種方式，對于給定電表內阻的情況，應先比較R0與待測電阻Rx的關系，其中R0＝，若Rx>R0，則設計為內接；若Rx

13、限流方式，但下面三種情形必須設計為分壓式接法：①數(shù)據(jù)要求從0開始；②變阻器阻值太小、限流限不住；③變阻器調節(jié)時，不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)． 例3　某同學為了描繪一個標有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實驗室尋找到了一些儀器，但沒找到電壓表，找到的器材規(guī)格如下： A．電流表A1(0～0.5 A，內阻為0.5 Ω) B．電流表A2(0～0.6 A，內阻約為0.3 Ω) C．電阻箱R1(0～9 999.9 Ω，最小調節(jié)量0.1 Ω) D．電阻箱R2(0～99.9 Ω)，最小調節(jié)量0.1 Ω) E．滑動變阻器R3(0～50 Ω，額定電流為1.5 A) F．滑動變阻器R4

14、(0～5 Ω，額定電流為3 A) G．16 V直流電源 H．開關、導線若干，待測燈泡 利用現(xiàn)有器材，結合所學知識，請你替這位同學設計本實驗． (1)畫出實驗原理圖； (2)以上器材中電阻箱應選用________，滑動變阻器應選用________(填代號)． (3)寫出小燈泡兩端電壓的表達式，并說明式中符號的意義： _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________

15、_________. 1．描繪小電珠的伏安特性曲線的實驗電路如圖6所示，所用小 電珠的額定電壓是3.8 V．關于該實驗的系統(tǒng)誤差，下列說 法中正確的是 (　　) A．系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的 B．系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的 圖6 C．系統(tǒng)誤差主要是由于忽略電源內阻引起的 D．系統(tǒng)誤差主要是由讀數(shù)時的估讀引起的 2．為探究小電珠L的伏安特性，連好如圖7所示的電路后閉合開關S，通 過移動變阻器的滑片，使小電珠中的電流由零開始逐漸增大，直到小電 珠正常發(fā)光

16、，由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的U－I圖象應是 圖中的 (　　) 圖7 3．在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗時，所用器材有：電動勢為6 V的電源，額定電壓為2.5 V的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電表、開關和導線．要求能測出盡可能多組數(shù)據(jù)．圖8是沒有連接完整的實物電路．(已連接好的導線有a、b、c、d、e、f六根) 圖8 (1)請你用筆畫線代替導線，將實物電路連接完整； (2)連好電路，閉合開關，移動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示 數(shù)

17、，電流表幾乎不偏轉，則故障的原因可能是________________________________ _____________________________________________________________________； (3)排除故障后閉合開關，移動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向____端滑動(選填“左”“右”)； (4)通過移動滑片P，分別記下了多組對應的電壓表和電流表的讀數(shù)，并繪制成了如圖9所示的U－I圖象．根據(jù)U－I圖象提供的信息，可計算出小燈泡的額定功率是________ W； 圖9 (5)圖線是曲線

18、而不是過原點的直線，原因是_______________________________ _______________________________________________________________________. 4．在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗中，除標有“6 V　1.5 W”字樣的小電珠、導線和開關外，還有下列器材： A．直流電源(6 V，內阻不計) B．直流電流表(量程為3 A，內阻0.1 Ω以下) C．直流電流表(量程為300 mA，內阻約為5 Ω) D．直流電壓表(量程為10 V，內阻約為15 kΩ) E．滑動變阻器(10 Ω，2 A) F

19、．滑動變阻器(1 kΩ，0.5 A) 實驗要求小電珠兩端的電壓從零開始變化并能進行多次測量． (1)實驗中電流表應選用______，滑動變阻器應選用______．(均用序號表示) (2)在虛線框內畫出實驗電路圖． (3)試將如圖10所示的器材連成實物電路． 圖10 圖11 5．發(fā)光晶體二極管是用電器上做指示燈用的一種電子元件．它的電路符號如圖11所示，正常使用時,帶“＋”的一端接高電勢，帶“－”的一端接低電勢,某同學用實驗方法探究二極管的伏安特性,現(xiàn)測得它兩端的電壓U和通過它的電流I的數(shù)據(jù)如下表所示. U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0

20、 2.4 2.6 2.8 3.0 I/mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 13.0 19.0 24.0 30.0 37.0 (1)在虛線框內畫出實驗電路圖．(除電源、開關、滑動變阻器外；實驗用電壓表V：內阻RV約為10 kΩ，電流表mA：內阻RA約為100 Ω) (2)在圖12中的小方格紙上用描點法畫出二極管的伏安特性曲線． 圖12 (3)根據(jù)(2)中畫出的二極管的伏安特性曲線，簡要說明發(fā)光二極管的電阻與其兩端 電壓的關系：__________________________________________________________

21、______________________________________________________________________. 6．(2020·福建·19(2))某同學在探究規(guī)格為“6 V，3 W”的小電珠伏安特性曲線實驗 中： (1)在小電珠接入電路前，使用多用電表直接測量小電珠的電阻，則應將選擇開關旋至________擋進行測量．(填選項前的字母) A．直流電壓10 V　　　 　B．直流電流5 mA C．歐姆×100 D．歐姆×1 (2)該同學采用圖13所示的電路進行測量．圖中R

22、為滑動變阻器(阻值范圍0～20 Ω，額定電流1.0 A)，L為待測小電珠，為電壓表(量程6 V，電阻20 kΩ)，為電流表(量程0.6 A，內阻1 Ω)，E為電源(電動勢8 V，內阻不計)，S為開關． 圖13 Ⅰ.在實驗過程中，開關S閉合前，滑動變阻器的滑片P應置于最______端；(填“左”或“右”) Ⅱ.在實驗過程中，已知各元件均無故障，但閉合開關S后，無論如何調節(jié)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)總是調不到零，其原因是________點至________點的導線沒有連接好；(圖中的黑色小圓點表示接線點，并用數(shù)字標記，空格 中請?zhí)顚憟D13中的數(shù)字) Ⅲ.該同學描繪出小電珠的伏安特性

23、曲線示意圖如圖14所示，則小 電珠的電阻值隨工作電壓的增大而________．(填“不變”、“增 大”或“減小”) 圖14 答案 課堂探究 例1　(1)如圖所示 (2)A端 (3)如圖所示 (4)1.64×103(1.58×103～1.65×103均對) 例2　(1)如下圖所示　(2)減小　B　D (3)如圖所示 例3　(1)如圖所示 (2)R1　R4 (3)(I2－I1)R1－I1RA1 I1、I2分別是A1、A2的讀數(shù)，R1、RA1分別是R1、A1的阻值 隨堂訓練 1．A　2.C 3．(1)連線如圖所示 (2)c段導線斷路或燈泡損壞 (3)右　(4)0.5　(5)小燈泡的電阻會隨溫度的升高而增大 4．(1)C　E　(2)(3)見解析圖 5．(1)實驗電路圖如圖所示 (2)伏安特性曲線如圖所示 (3)發(fā)光二極管的電阻隨其兩端電壓的增大而呈現(xiàn)非線性減小 6．(1)D　(2)Ⅰ.左?、?1　5(或5　1)　Ⅲ.增大