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1、實驗9描繪小電珠的伏安特性曲線-2-一、實驗目的1.描繪小電珠的伏安特性曲線。2.分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實驗原理1.測多組小電珠的U、I的值,并繪出I-U圖象。2.由圖象的斜率反映電流與電壓和溫度的關系。三、實驗器材學生電源(46 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、坐標紙、導線若干。-3-四、實驗步驟1.連接電路用導線連接成如圖所示電路。2.移動滑動變阻器滑片的位置,測出多組電壓值U和電流值I填入表格。3.拆除電路,整理儀器。-4-五、數據處理1.在坐標紙上以U為橫軸,I為縱軸,建立坐標系。2.在坐標紙上描出各組數據所對應的點。3.

2、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。六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:電表內阻對電路的影響帶來的誤差。2.偶然誤差:(1)電壓表、電流表的讀數帶來的誤差。(2)在坐標紙上描點、作圖帶來的誤差。-5-七、注意事項1.電流表外接法:本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小,因此測量電路必須采用電流表外接法。2.滑動變阻器應采用分壓式連接本實驗要作出U-I圖象,要求測出一組包括零在內的電流、電壓值,故控制電路必須采用分壓接法。3.保護元件安全:閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應移到使小電珠分得電壓為零的一端,防止開關剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲。-6-命題點一命題點二命題點三實驗器材

3、的選擇實驗器材的選擇實驗器材的原則和注意事項1.儀器選擇的一般步驟(1)首先選擇唯一性的器材;(2)粗畫電路圖(暫不接電流表和電壓表);(3)估算回路中電流和電壓的最大值,在電表的指針有較大幅度的偏轉但不超過其量程的情況下,結合已知器材的規(guī)格,確定實驗電路和實驗器材。2.實驗器材的要求(1)電源允許的最大電流不能小于電路中的實際最大電流。(2)用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流。(3)電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓和電流的最大值。(4)電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的 以上。-7-命題點一命題點二命題點三例1(2016天津卷)某同學想要描繪標有“3.8 V0.3 A”

4、字樣小燈泡L的伏安特性曲線,要求測量數據盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W選用的器材除開關、導線外,還有:電壓表V1(量程03 V,內阻等于3 k)電壓表V2(量程015 V,內阻等于15 k)電流表A1(量程0200 mA,內阻等于10 )電流表A2(量程03 A,內阻等于0.1 )滑動變阻器R1(010 ,額定電流2 A)滑動變阻器R2(01 k,額定電流0.5 A)定值電阻R3(阻值等于1 )定值電阻R4(阻值等于10 )定值電阻R5(阻值等于1 k)電源E(E=6 V,內阻不計)-8-命題點一命題點二命題點三(1)請畫出實驗電路圖,并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。(2)該同學描繪

5、出的I-U圖象應是下圖中的。 答案:(1)(2)B-9-命題點一命題點二命題點三解析:(1)根據需要,電壓表V1(3 V,內阻3 k)需要串聯定值電阻R5=1 k,可以將量程擴大為4 V;電流表A1(200 mA,內阻10 )需要并聯定值電阻R4=10 ,可以將量程擴大為0.4 A;滑動變阻器R2阻值太大,連續(xù)性不好,應選擇R1,電路圖采用分壓外接法,電路如答案圖所示。(2)隨溫度升高,小燈泡阻值增大,故選項B正確。-10-命題點一命題點二命題點三實驗電路設計與數據處理實驗電路設計與數據處理電學實驗電路設計的思路與方法1.首先應明確題目的要求,看清題目要求測量什么物理量,驗證、探究什么物理規(guī)律

6、,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、經濟。2.在測量電路中,一般有電流表內接和外接兩種方法,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RxR0,則設計為電流表內接法;若RxR0,則設計為電流表外接法;若電表量程不合適,往往還要用定值電阻對電表進行改裝。-11-命題點一命題點二命題點三3.控制電路有滑動變阻器的分壓式和限流式兩種接法,兩種接法的選擇方法如下:(1)采用限流式接法時不能控制電流(或電壓)滿足實驗要求,即滑動變阻器阻值調到最大,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(或額定電壓),則必須

7、選用分壓式接法。(2)若待測電阻的阻值比滑動變阻器的最大電阻大得多,以致在限流電路中,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范圍不夠大,此時,應改用分壓式接法。(3)若實驗中要求測量電路中電壓從0開始連續(xù)變化,則必須采用分壓式接法。(4)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。-12-命題點一命題點二命題點三例2(2017全國卷)某同學研究小燈泡的伏安特性,所使用的器材有:小燈泡L(額定電壓3.8 V,額定電流0.32 A);電壓表V(量程3 V,內阻3 k);電流表A(量程0.5 A,內阻0.5 );固定電阻R0(阻值1 000

8、 );滑動變阻器R(阻值09.0 );電源E(電動勢5 V,內阻不計);開關S;導線若干。(1)實驗要求能夠實現在03.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量,畫出實驗電路原理圖。-13-命題點一命題點二命題點三(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示。 由實驗曲線可知,隨著電流的增加小燈泡的電阻(選填“增大”“不變”或“減小”),燈絲的電阻率(選填“增大”“不變”或“減小”)。 -14-命題點一命題點二命題點三(3)用另一電源E0(電動勢4 V,內阻1.00 )和題給器材連接成圖(b)所示的電路,調節(jié)滑動變阻器R的阻值,可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S,在R的變化范圍內,小燈泡的最

9、小功率為 W,最大功率為 W。(結果均保留2位小數)答案:(1)(2)增大增大(3)0.391.17-15-命題點一命題點二命題點三解析:(1)由于要求電壓調節(jié)范圍大,故用分壓式。電壓表量程只有3 V,故需串聯R0改裝為量程為4 V的電壓表。小燈泡電阻較小(RL ),故用外接法。(2)圖中I-U圖線上某點與原點連線的斜率代表燈泡在該狀態(tài)下電阻的倒數。隨電流增大,與原點連線的斜率減小,故電阻增大。由R= ,故電阻率增大。-16-命題點一命題點二命題點三(3)當R=9 時燈泡功率最小,將電阻R與電源視為整體。U=E-I(R+r),故U=4 V-10 I,作圖法找到燈泡功率Pmin=UI1.75 V

10、0.225 A0.39 W當R=0時,燈泡功率最大,電源的路端電壓與電流的關系U=E-Ir,故U=4 V-1 I,作圖法找到燈泡功率Pmax=UI=3.65 V0.32 A1.17 W。思維點撥電路圖主要是控制電路、測量電路的連接。小燈泡阻值為小電阻外接法,電壓從0開始測量分壓式接法。然后由伏安特性曲線分析阻值的變化,注意縱軸是電流。第(3)問求小燈泡消耗的實際功率較難,因小燈泡的阻值隨電流的變化而變化,通過閉合電路的歐姆定律找到小燈泡實際的電流、電壓值。-17-命題點一命題點二命題點三1.本題考查的內容比較多,包括電壓表的擴程、電流表的內外接法、滑動變阻器的分壓接法、小燈泡的伏安特性、圖象法

11、求解,綜合性很強,其中求解燈泡在某一電源下消耗的實際功率是常考的內容。本題還可以改變問法:如果兩個該燈泡串聯直接接在某個電源下,每個燈泡消耗的功率是多少?2.電源與小燈泡的伏安特性曲線結合法電源對電路中小燈泡供電工作,顯然路端電壓與電路中電流滿足關系U=E-Ir,整理可得I= ,即可作出一條電源的伏安特性曲線。同時流經小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線,兩線的交點既符合閉合電路的歐姆定律,又滿足小燈泡的伏安特性曲線特點,即為所求的電流與電壓值。-18-命題點一命題點二命題點三實驗的改進與創(chuàng)新實驗的改進與創(chuàng)新以本實驗為背景,通過改變實驗條件、實驗儀器設置新題目,不脫離教材而又不拘泥

12、于教材,體現開放性、探究性等特點。1.以實驗原理及實驗方法為基礎,探究小燈泡功率與電壓的關系。2.實驗對象的變遷-19-命題點一命題點二命題點三3.數據處理方式的改進采用“DIS”數字化實驗系統(tǒng)進行實驗數據的采集和處理。-20-命題點一命題點二命題點三例3在有光照時太陽能電池可以將光能轉化為電能,在沒有光照時,太陽能電池可以視為一個電學器件。某實驗小組用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法,探究一個太陽能電池在沒有光照時(沒有儲存電能)的I-U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。-21-命題點一命題點二命題點三(1)為了達到上述目的,應選用

13、哪個電路圖:(選填“甲”或“乙”)。 (2)該實驗小組根據實驗得到的數據,描點繪出了如圖丙所示的I-U圖象。由圖可知,當電壓小于2.0 V時,太陽能電池的電阻(選填“很大”或“很小”);當電壓為2.8 V時,太陽能電池的電阻約為 。(保留兩位有效數字)-22-命題點一命題點二命題點三答案:(1)甲(2)很大1.0103解析:(1)用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法,探究一個太陽能電池在沒有光照射時(沒有儲存電能)的I-U特性,應選用滑動變阻器分壓接法,為電路圖甲。(2)由題圖可知,當電壓小于2.0 V時,電流幾乎為零,所以太陽能電池的電阻很大。當電壓為2.8 V時,對應電流為2.8 mA,由歐

14、姆定律可得太陽能電池的電阻約為R= =1.0103 。-23-1.(2016江蘇卷)小明同學通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關系。已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 ,R隨t的升高而增大。實驗電路如圖所示,控溫箱用以調節(jié)金屬電阻的溫度。-24-實驗時閉合S,先將開關K與1端閉合,調節(jié)金屬電阻的溫度,分別記下溫度t1,t2,和電流表的相應示數I1,I2,。然后將開關K與2端閉合,調節(jié)電阻箱使電流表的示數再次為I1,I2,分別記下電阻箱相應的示數R1,R2,。(1)有以下兩種電流表,實驗電路中應選用。 A.量程0100 mA,內阻約2 B.量程00.6 A,內阻可忽略(2)實驗過程中

15、,要將電阻箱的阻值由9.9 調節(jié)至10.0 ,需旋轉圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”,正確的操作順序是。 將旋鈕a由“0”旋轉至“1”將旋鈕b由“9”旋轉至“0”將旋鈕c由“9”旋轉至“0”-25-(3)實驗記錄的t和R的數據見下表: 請根據表中數據,在方格紙上作出R-t圖線。 由圖線求得R隨t的變化關系為R= 。 答案:(1)A(2)(或)(3)見解析圖0.04t+8.8(0.04t+8.60.04t+9.0都算對)解析:(1)由題干知常溫下金屬電阻阻值約為R=10 ,由實驗電路知電路中最大電流約為I= =150 mA,通過調節(jié)滑動變阻器可控制電路中的最大電流為100 mA,故選A電流

16、表。(2)實驗過程中,為保護電路各元件調節(jié)電阻箱阻值時應遵循從大到小的順序調節(jié)。-26-(3)根據實驗數據描點作圖如圖。由圖象結合數學知識寫出圖象的解析式為R=kt+R0-27-28-2.(2017廣東湛江一模)現要測定一個額定電壓為2.5 V、額定功率約為0.7 W的小燈泡的伏安特性曲線。(1)為了測量的電壓能從零開始,測量誤差較小,請在圖甲中連好實物電路圖。(2)合上開關前,滑動變阻器的滑片應置于滑動變阻器的(選填“左端”或“右端”)。 (3)根據實驗數據,描繪出的U-I圖象如圖乙所示,由圖可知,當燈泡的電壓為1.80 V時,小燈泡電阻為 ,小燈泡的功率為 W(結果保留兩位有效數字)。 -

17、29-(4)由圖乙可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關系,符合該關系的圖象是圖丙中的。 答案:(1)見解析(2)左端(3)7.20.45(4)D-30-解析:(1)實物電路圖如圖所示。(2)為了讓測量電路中電壓從零開始調節(jié),則滑片開始時應滑到最左端。-31-3.(2017廣東茂名一模)現要用伏安法描繪一只標稱值為“2.5 V0.6 W”小燈泡的I-U圖線,有下列器材供選用:A.電壓表(03 V,內阻3 k;015 V,內阻10 k)B.電流表(00.6 A,內阻0.5 ;03 A,內阻0.1 )C.滑動變阻器(10 ,2 A)D.滑動變阻器(100 ,1.0 A)E.蓄電池(電動勢6 V,內

18、阻不計)-32-(1)為了減小測量誤差,圖中的S1應接(選填“M”或“N”),滑動變阻器應選用(用序號字母表示)。 (2)根據你選擇的電路,用筆畫線代替導線在圖中將實物連接成實驗所需電路圖。(3)開關S閉合之前,滑動變阻器的滑片應該置于(選填“A”“B”或“AB正中間”)端。閉合開關后,移動滑動變阻器的滑片,電壓表示數變化明顯,但電流表示數始終為0,則電路故障為。 答案:(1)MC(2)見解析(3)A小燈泡斷路 -33-解析:(1)由實物圖可知,電路采用了滑動變阻器分壓接法,因燈泡內阻較小,故電流表采用外接法,故S1應接在M點;因采用分壓接法,故滑動變阻器采用小電阻,應選用C。(2)根據實驗原

19、理圖畫出實物圖如圖所示。(3)為了保證實驗安全,開始時燈泡兩端的電壓應為最小,故滑動變阻器的滑片應在A端;由題意可知,電壓表示數變化明顯,說明電壓表與電源相連,且滑動變阻器連接正常,而電流表沒有示數說明電路是斷開的,由電路圖可知,只能是燈泡發(fā)生了斷路故障。-34-4.(2017浙江寧波一模)在測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中,實驗器材如下:待測小燈泡(2.5 V,0.5 A);雙量程電壓表(中間接線柱3 V、內阻約為3 k,右邊接線柱15 V、內阻約為15 k);雙量程電流表(中間接線柱0.6 A、內阻約為0.125 ,右邊接線柱3 A、內阻約為0.025 );滑動變阻器(20 ,2 A);電源

20、(電動勢約為3 V,內阻未知);開關一個,導線若干。-35-(1)甲同學連好的實物圖如圖所示,乙同學檢查時發(fā)現了多處錯誤,請指出(至少兩處):。 -36-(2)兩同學改正錯誤后,測出如下表所示的7組I、U數據,請你在圖的坐標紙上建立I-U坐標系,標出坐標點,繪出小燈泡的伏安特性曲線。-37-(3)根據繪出的小電珠的伏安特性曲線,該小電珠在電壓為1.8 V時的實際電阻為 。(結果保留三位有效數字)(4)關于本實驗的系統(tǒng)誤差,下列判斷正確的是。 A.系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的,電壓越大,誤差越大B.系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的,電流越大,誤差越大C.系統(tǒng)誤差主要是由忽略電源內阻引起的

21、,電源內阻越大,誤差越大D.系統(tǒng)誤差主要是由電表讀數時的估讀引起的,電壓越大,誤差越大-38-答案:(1)滑動變阻器接法錯誤,應該接成分壓式;電壓表量程錯誤,應選3 V的量程;電流表位置接錯,應選外接法(2)如圖所示(3)10.6(10.410.7皆可)(4)A-39-解析:(1)本實驗要求電壓和電流從零開始調節(jié),滑動變阻器應該用分壓接法;電源的電動勢約為3 V,電壓表應該選擇3 V的量程;小燈泡的電阻比較小,電流表應該用外接法。(3)根據所畫的I-U圖象,當小燈泡電壓為1.8 V時,流過小燈泡的電流約為0.17 A,小燈泡的電阻R= =10.6 。(4)本實驗的系統(tǒng)誤差主要是由電流表外接,電壓表分流造成的,選項A正確。