高考物理總復習 第七章 第四講 實驗：描繪小電珠的伏安特性曲線課件 新人教版選修31

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1、(對應學生用書P133)一、實驗目的描繪小電珠的伏安特性曲線二、實驗器材小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、導線、開關、坐標紙三、實驗原理用電流表和電壓表測出電珠在不同電壓下的電流，建立UI坐標系，描點連成直線或平滑曲線即得到小燈泡的伏安特性曲線為了盡可能多取些數(shù)據(jù)點并減小實驗誤差，應選用電流表外接法，滑動變阻器分壓接法電路，因本實驗電壓范圍變化較大，使小電珠電壓能從0開始四、實驗步驟1連接電路將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關用導線連接成如右圖所示電路2測出小電珠在不同電壓下的電流(1)閉合開關S前，滑動變阻器觸頭應移到最左端，以使開關閉合時小電珠電壓能從0開始變化；同時

2、，這樣做也防止開關剛閉合時小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲(2)移動滑動變阻器觸頭的位置，測出12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.U/V00.20.40.60.81.01.2I/A0U/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右測繪點要密，否則將出現(xiàn)很大誤差3畫出伏安特性曲線(1)在坐標紙上以U為橫軸、以I為縱軸，建立坐標系(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接起來就得到小電珠的伏安特性曲線4拆除電路，整理儀

3、器問題探究描繪出小電珠的伏安特性曲線后，曲線上各點對應的曲線的斜率是否表示小電珠在該電壓下的電阻值？若是，說明理由；若不是，如何表示該電壓下的電阻值？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，電壓從零開始變，UI坐標連曲線，要對圖線細研究，得出規(guī)律記心間(對應學生用書P134)要點一誤差分析 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，作圖帶來誤差要點二注意事項 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 V0.3 A)的電阻很小，與00.6 A的電流表

4、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連接，目的是為了使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化2.閉合開關S前，滑動變阻器滑片應移到使小電珠分得電壓為0的一端，從而使開關閉合時小電珠電壓能從0開始變化，同時，也為了防止開關剛閉合時小電珠兩端因電壓過大而燒壞燈絲3.IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點要密，以防出現(xiàn)很大誤差4.電流表選擇0.6 A量程電壓表量程選擇視小電珠的額定電壓而定，即使用的若是“3.8 V0.3 A”的小電珠，選用電壓表15 V的量程；若使用“2.5 V0.6 A”的小電珠，則選用電壓表3 V的量程5.保持小電珠電壓接近額定值

5、時要緩慢增加到額定值，記錄I后馬上斷開開關6.誤差較大的點要舍去，IU應是平滑曲線而非折線 7.建立坐標系時，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標軸選取的標度要合理，使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標紙下表中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡UI關系的實驗數(shù)據(jù)：(1)分析上表內的實驗數(shù)據(jù)可知，應選用的實驗電路圖是圖中的_(填“甲”或“乙”)；(2)試分析所選實驗電路圖存在誤差的原因U(V)0.00.20.501.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215解析(1)從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，小燈泡的電壓和電流從零開始逐漸變化甲圖所示電路中

6、滑動變阻器采用分壓接法，可以獲得從零開始變化的電壓，符合圖中數(shù)據(jù)的要求所以應選用的實驗電路圖是甲圖(2)由甲圖可知，電流表的分壓會造成實驗誤差，因為小燈泡的電阻較小，和電流表內阻相差不太大，電流表最好用外接方式答案(1)甲(2)見解析(對應學生用書P134)題型一實驗操作及實驗數(shù)據(jù)分析例1 (2011福建)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：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 VB直流電流5 mA C歐姆100 D歐姆1 該同學采用圖甲所示的電路進行測量圖中R為滑動變阻器(阻值范圍0

7、20 ，額定電流1.0 A)，L為待測小電珠，V為電壓表(量程6 V，內阻20 k)，A為電流表(量程0.6 A，內阻1 )，E為電源(電動勢8 V，內阻不計)，S為開關.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”).在實驗過程中，已知各元器件均無故障，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；(圖甲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D甲中的數(shù)字，如“2點到3點”的導線).該同學描繪出小電珠的伏安特性曲線示意圖如圖乙所示，則小電珠的電阻值隨工作電壓的增大而_(填“不變”、“增大

8、”或“減小”)嘗試解答根據(jù)小電珠的規(guī)格標稱值可算出其正常工作時的電阻為12 ，測電阻應選歐姆1擋開關閉合前，應保證小電珠電壓不能太大，故應調滑片在最左端使小電珠電壓從零開始電表示數(shù)總調不到零，可知電源總是對電表供電，因此可知1點和5點間沒有連接好，連成了限流式接法，這也是限流式與分壓式接法的最顯著區(qū)別伏安特性曲線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖可知，隨著電壓的增大，曲線斜率減小，小電珠電阻增大答案D.左.1；5(或5；1) .增大題型二實驗方法和原理的遷移例2 (2011佛山模擬)為了測定和描繪一只標有“220 V,40 W”的白熾燈絲的伏安特性曲線，可以利用調壓變壓器供電調壓變壓器是一種自耦變壓器

9、，它只有一組線圈L，繞在閉合的環(huán)形鐵芯上輸入端接在220 V交流電源的火線和零線間，輸出端有一個滑動觸頭P，移動它的位置，就可以使輸出電壓在0250 V之間連續(xù)變化，如圖中畫出的是調壓變壓器的電路圖符號實驗室內備有交流電壓表、交流電流表、滑動變阻器、開關、導線等實驗必備器材(1)在上圖中完成實驗電路圖，要求在額定電壓下測得的數(shù)據(jù)誤差盡量小(2)說明按你的實驗電路進行測量時，在電壓較高段與電壓較低段進行比較，哪段的系統(tǒng)誤差較大？為什么？(3)如果根據(jù)測量結果作出的該燈泡的伏安特性曲線如右圖所示，試根據(jù)圖線確定：把兩只完全相同的“220 V,40 W”的白熾燈串聯(lián)接在220 V交流電源的火線和零線

10、間時，兩只燈所消耗的總功率是多大？嘗試解答 (1)該設計是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗知識的遷移和拓展，將變壓器接入電路，開關接火線，采用伏安法測出U、I值，安培表內接(2)在電壓較低段誤差大因為電壓低時燈泡消耗的實際功率小，燈絲溫度低，電阻小，對內接法而言，安培表的分壓大，系統(tǒng)誤差大(3)兩只白熾燈串聯(lián)后分壓各為110 V，由燈泡的伏安特性曲線可讀出此時的工作電流約為0.15 A故P0.151102 W33 W.答案(1)如右圖所示(2)在電壓較低段誤差大因為電壓低時燈泡消耗的實際功率小，燈絲溫度低，電阻小，對內接法而言，安培表的分壓大，系統(tǒng)誤差大(3)33 W(對應學生用書P135)1

11、描繪小電珠的伏安特性曲線的實驗電路如右圖所示，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)時的估讀引起的解析由于小電珠的電阻比較小，所以采用電流表外接的方法此時電壓表的測量值是準確的，但是電流表的測量值和真實值相比要大，原因是電壓表分流答案A2在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗中備有下列器材：A小電珠(3.8 V,1.5 W)B直流電源(電動勢4.5 V，內阻約0.4 )C電流表(量程0500 A，內阻約0.5 )D電壓表(量程

12、05 V，內阻約5000 )E滑動變阻器R1(05 ，額定電流2 A)F滑動變阻器R2(050 ，額定電流1 A)G開關一個，導線若干如果既要滿足測量要求，又要使測量誤差較小，應選擇如下圖所示的四個電路中的_，應選用的滑動變阻器是_解析由于伏安特性曲線中的電壓和電流均要從零開始測量，所以滑動變阻器應選用分壓式，分壓式接法適用于測量較大阻值電阻(與滑動變阻器的總電阻相比)，由于R1RL/RA，所以安培表應該選用外接法答案丙R1(或E)3(2011海淀模擬)如下圖甲為某同學測繪額定電壓為2.5 V的小電珠的IU圖線實驗電路圖(1)根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導線，將圖乙中的實物圖連接成完整實驗電路(2

13、)開關S閉合之前，圖乙中滑動變阻器的滑片應該置于_(選填“A端”、“B端”或“AB正中間”)(3)已知小電珠燈絲在27時電阻值約為1.5 ，并且其電阻值與燈絲的熱力學溫度成正比(熱力學溫度T與攝氏溫度t的關系為T273t)，根據(jù)右圖畫出的小電珠IU特性曲線，估算該電珠以額定功率工作時燈絲的溫度約為_(保留兩位有效數(shù)字)解析對于分壓電路，開關S閉合前，應該將滑動變阻器的滑片置于最左端(A端)，使待測電路上電壓為零由燈絲電阻與熱力學溫度成正比可得RkT，當燈絲溫度為300 K時電阻為1.5 可得k0.005. 由小電珠的IU特性曲線可得當電壓為2.5 V時燈絲中電流約為0.265 A根據(jù)歐姆定律可

14、得出燈絲電阻RU/I9.4 ，由RkT解得此時燈絲熱力學溫度TR/k1880 K，即燈絲溫度約為tT27316071.6103 .答案(1)實物連線圖如下圖所示(2)A端(3)1.61034(2010安徽理綜).(1)在測定金屬的電阻率實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖1所示，讀數(shù)為_mm.(2)在用單擺測定重力加速度實驗中，用游標為20分度的卡尺測量擺球的直徑，示數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為_cm.太陽能是一種清潔“綠色”能源在我國上海舉辦的2010年世博會上，大量利用了太陽能電池太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特

15、性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時的IU特性所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干(1)為了達到上述目的，請將圖1連成一個完整的實驗電路圖(2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖2的IU圖象，由圖可知，當電壓小于2.00 V時，太陽能電池的電阻_(填“很大”或“很小”)；當電壓為2.80 V時，太陽能電池的電阻約為_.解析.略.(1)描述某個電學元件的伏安特性曲線，滑動變阻器應采用分壓式接法，以保證電學元件兩端的電壓能從零開始調節(jié)，電路圖見答案答案.(1)0.617(0.6160.619)(2)0.675.(1)連線如圖(

16、2)很大1.0 103(9651040) 表表(a)實驗器材實驗器材電壓表電壓表V量程量程3 V，內阻約，內阻約3 k電流表電流表A1量程量程3 A，內阻約，內阻約0.5 電流表電流表A2量程量程0.5 A，內阻約，內阻約3.0 滑動變阻器滑動變阻器R10500 滑動變阻器滑動變阻器R2010 電源電源E電動勢電動勢4.0 V開關開關S和導線和導線表表(b) 實際測量的電壓、電流值實際測量的電壓、電流值次數(shù)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.70I/mA 80 155 195 227 255 279 310通過表(b)中記錄

17、的數(shù)據(jù)進行分析，請完成下列實驗要求：(1)根據(jù)表(b)中的實驗數(shù)據(jù)，在給出的方格紙內畫出UI圖線，并從圖線上分析得到該燈的額定電壓為_；(2)從表(b)中的實驗數(shù)據(jù)可以分析，該同學實驗時所選擇的最合理的電路應為下列四個電路圖中的圖_；所用的電流表為_；滑動變阻器為_解析(1)根據(jù)表(b)中的數(shù)據(jù)，找坐標點，得如圖所示圖線因額定功率為0.75 W，由圖知，當電流為300 mA時，電壓為2.5 V，此時功率PUI0.75 W，故該燈的額定電壓為2.5 V.(2)因表(b)中電壓從0.20 V開始增大，電路采用限流式不能得到低電壓，故電路采用分壓式；又待測燈泡的阻值較小，只能采用電流表外接法，故圖C

18、符合要求；因電流最大為310 mA，故電流表應選A2；電路采用分壓式，應取小阻值滑動變阻器，故應選R2.答案(1)圖線見解析2.5 V(2)CA2R26(2012洛陽四校聯(lián)考)如圖所示為某同學實驗得到的小燈泡燈絲電阻的UI關系曲線圖。(1)在上框中畫出實驗電路圖(根據(jù)該電路圖可得到UI關系的完整曲線)，可用的器材有：電壓傳感器、電流傳感器、滑線變阻器(變化范圍050)、電動勢為6V的電源(不計內阻)、小燈泡、電鍵、導線若干。(2)如果將該小燈泡分別接入甲、乙兩個不同電路，如圖所示，其中甲電路的電源為一節(jié)干電池，乙電路的電源為三節(jié)干電池，每節(jié)干電池的電動勢為1.5 V，內電阻為1.5 ，定值電阻

19、R18 ，則接入_(選填“甲”或“乙”)電路時，小燈泡較亮些。(3)在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為_W.(4)若將電路乙中的電阻R替換為另一個完全相同的小燈泡，其他條件不變，則此時電源內部的發(fā)熱功率為_W.解析由于要畫出UI關系的完整曲線，必須用分壓接法畫出實驗電路圖分別在小燈泡燈絲電阻為UI關系曲線圖上畫出電源的伏安特性曲線，與小燈泡燈絲電阻為UI關系曲線交點即為工作點，顯然接入甲電路時，燈泡中電流較大，小燈泡較亮些在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為PUI10.15W0.15W.若將電路乙中的電阻R替換為另一個完全相同的小燈泡，其他條件不變，可等效為1.5節(jié)干電池連接一個燈泡，在小燈泡燈絲電阻的UI關系曲線圖上畫出電源(電動勢2.25V，內阻2.25)的伏安特性曲線，與小燈泡燈絲電阻的UI關系曲線交點對應的橫坐標值為電源輸出電流I0.25A，此時電源內部的發(fā)熱功率為PI2r0.2524.5W0.28W.答案(1)實驗電路圖如圖所示(2)甲(3)0.15(4)0.28