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1、實驗實驗9 9描繪小電珠的伏安特性曲線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,用導線連接成如圖所示電路。-4-2.測出小電珠在不同電壓下的電流(1)閉合開關S前,滑動變阻器滑片應移到最左端,以使開關閉
2、合時小電珠兩端的電壓能從零開始變化;同時,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)移動滑動變阻器滑片的位置,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。3.拆除電路,整理儀器。-5-五、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)所對應的點(坐標系縱軸和橫軸的標度要適中,以所描圖線充分占據(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。六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:由于電壓表、電流表不是理想電表,電表內(nèi)電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(shù)帶來的誤差。(2)在坐標紙上
3、描點、作圖帶來的誤差。-6-七、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,滑動變阻器的滑片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U=1.0 V左右繪點要密,以防出現(xiàn)較大誤差。4.當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加,到額定值記錄I后馬上斷開開關
4、。5.誤差較大的點要舍去,I-U圖線應是平滑曲線而非折線。-7-1.在實驗中,由于電源電動勢的限制,小電珠兩端的電壓達不到其工作的額定電壓,是否影響該實驗的實驗結論?提示：不影響。-8-2.設計一種測小電珠電阻的準確方法。提示：如圖所示,兩個電壓表完全相同且內(nèi)阻很大。移動滑動變阻器滑片,調(diào)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)即為小電珠的電阻值,記下小電珠的電阻和電壓;多次移動滑動變阻器滑片,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。在描繪小電珠的伏安特性曲線的實驗中,由于電表內(nèi)阻的影響,會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差使得小電珠的電阻測量不
5、準確。上述實驗方法可以消除這種誤差,操作、讀數(shù)比較方便。-9-考點一考點二考點三例1(2017吉林長春模擬)某實驗小組描繪規(guī)格為“2.5 V0.6 W”的小電珠的I-U特性曲線。實驗室提供下列器材:A.電流表A1(量程為025 mA,內(nèi)阻約0.2 )B.電流表A2(量程為0300 mA,內(nèi)阻約1 )C.電壓表V1(量程為03 V,內(nèi)阻約5 k)D.電壓表V2(量程為015 V,內(nèi)阻約15 k)E.滑動變阻器R1(010 ,額定電流1.5 A)F.滑動變阻器R2(01 000 ,額定電流0.5 A)G.直流電源(電動勢6 V,內(nèi)阻忽略不計)H.開關一個、導線若干(1)在小電珠接入電路前,使用多用
6、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 mAC.歐姆“100”D.歐姆“1”-10-考點一考點二考點三(2)實驗中所用的電流表應選;電壓表應選;滑動變阻器應選。(只需填器材前面的字母代號)(3)若采用如圖甲所示的電路描繪小電珠的伏安特性曲線,電壓表的右端應與電路中的(選填“a”或“b”)點相連。 -11-考點一考點二考點三(4)開關閉合之前,圖中滑動變阻器的滑片應該置于(選填“c”“d”或“cd中間”)端。 (5)測量后,該小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù),擬合出小電珠的I-U特性曲線如圖乙所示。請根據(jù)曲線確定小電珠兩端電壓為1.5 V時,
7、其實際功率P=W。 (6)該小組按實驗要求設計出正確電路圖并正確連線后,閉合開關,慢慢增大小電珠的電壓,發(fā)現(xiàn)剛開始時兩電表指針均偏轉(zhuǎn),但小電珠不發(fā)光,請簡要分析原因:-12-13-(3)小電珠電阻為10.4 ,電流表內(nèi)阻約1 ,電壓表內(nèi)阻約為5 k,電壓表內(nèi)阻遠大于燈泡電阻,電流表應采用外接法,由題圖甲所示電路圖可知,電壓表的右端應與電路中的a端連接。(4)由題圖甲所示電路圖可知,滑動變阻器采用分壓接法,開關S閉合前,滑動變阻器的滑片應置于c端。(5)由題圖乙所示圖象可知,小電珠兩端電壓為1.5 V時,通過電珠的電流為0.22 A,則電珠實際功率P=UI=0.33 W。(6)分析原因:電壓(電
8、流)較小時,燈絲的溫度較低,達不到發(fā)光的溫度。答案 (1)D(2)BCE(3)a(4)c(5)0.33(6)電壓(電流)較小時,燈絲的溫度較低,達不到發(fā)光的溫度-14-考點一考點二考點三思維點撥(1)小電珠的額定電流I=0.5 A。 (2)要求電壓從零開始變化,滑動變阻器應采用分壓接法。 (3)連接實物時應注意什么問題?提示：先畫出實驗原理圖,按照原理圖按順序連接實物。 規(guī)律總結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,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。2.在測量電路中,一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方法
9、,對于給定電表內(nèi)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(nèi)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。-15-考點一考點二考點三3.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(diào)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
10、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。-16-考點一考點二考點三實驗電路設計與數(shù)據(jù)處理實驗電路設計與數(shù)據(jù)處理例2要描繪一個標有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線,燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V,并便于操作。已選用的器材有:電池組(電動勢為4.5 V,內(nèi)阻約1 );電流表(量程為0250 mA,內(nèi)阻約5 );電壓表(量程為03 V,內(nèi)阻約3 k);開關一個、導線若干。(1)實驗中所用的滑動變阻器應選
11、下列中的(填字母代號)。 A.滑動變阻器(最大阻值20 ,額定電流1 A)B.滑動變阻器(最大阻值1 750 ,額定電流0.3 A)-17-考點一考點二考點三(2)實驗的電路圖應選用下列的圖(填字母代號)。 -18-考點一考點二考點三(3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖所示。如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V,內(nèi)阻為5 的電源兩端,小燈泡消耗的功率是W。 -19-考點一考點二考點三解析： (1)測繪小燈泡的伏安特性曲線,要求能較大范圍測量數(shù)據(jù),所以控制電路部分應用分壓式接法,滑動變阻器應用最大阻值小額定電流大的A。(3)電路中的短路電流I短= =0.3 A,在燈泡的I-U圖上作出電源的I
12、-U圖線,交點即為這個電源給這個燈泡供電時的電流和電壓,此時P燈=IU=0.11 W=0.1 W。-20-考點一考點二考點三答案： (1)A(2)B(3)0.1 -21-考點一考點二考點三例3(2017重慶模擬)在描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中,需測量一個標有“3 V,1.5 W”燈泡兩端的電壓和通過燈泡的電流?，F(xiàn)有如下器材:直流電源(電動勢3.0 V,內(nèi)阻不計)電流表A1(量程03 A,內(nèi)阻約0.1 )電流表A2(量程00.6 A,內(nèi)阻約5 )電壓表V1(量程03 V,內(nèi)阻約3 k)電壓表V2(量程015 V,內(nèi)阻約200 k)滑動變阻器R1(阻值010 ,額定電流1 A)滑動變阻器R2(
13、阻值01 k,額定電流300 mA)(1)在該實驗中,電流表應選擇(選填“A1”或“A2”),電壓表應選擇(選填“V1”或“V2”),滑動變阻器應選擇(選填“R1”或“R2”)。 -22-(2)某同學用導線a、b、c、d、e、f、g和h連接成如圖甲所示的電路,請在乙圖方框中完成實驗的電路圖。-23-(3)該同學連接電路后檢查所有元器件都完好,電流表和電壓表已調(diào)零,經(jīng)檢查各部分接觸良好。但閉合開關后,反復調(diào)節(jié)滑動變阻器,小燈泡的亮度發(fā)生變化,但電壓表和電流表示數(shù)不能調(diào)為零,則斷路的導線為。 (4)圖丙是學習小組在實驗中根據(jù)測出的數(shù)據(jù),在方格紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線。若將該燈泡與一個6.0
14、的定值電阻串聯(lián),直接接在題中提供的電源兩端,請估算該小燈泡的實際功率P=W(保留兩位有效數(shù)字)。(若需作圖,可直接畫在圖中)-24-解析 (1)由P=UI可得,I=500 mA;為了安全和準確,電流表應選擇A2;燈泡的額定電壓為3 V,直流電壓表選擇03 V量程的誤差較小,即選V1。因本實驗中應采用分壓接法,故滑動變阻器應選R1。(2)分壓式+外接法,電路圖如圖(a)所示。-25-(3)由題意可知,電路中有電流但不能調(diào)零,且燈泡亮度發(fā)生變化,說明滑動變阻器接成了限流接法,是h導線發(fā)生了斷路。(4)定值電阻與電源組成等效電源,在燈泡I-U圖象坐標系內(nèi)作出等效電源的I-U圖象如圖(b)所示:由圖可
15、知,燈泡兩端電壓為1.14 V,通過燈泡的電流為0.32 A,燈泡實際功率P=UI0.36 W。答案 (1)A2V1R1(2)如解析圖所示(3)h(4)0.36(0.350.38)-26-考點一考點二考點三方法歸納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(jīng)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。-27-考點一考點二考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
16、實驗條件、實驗儀器設置新題目,不脫離教材而又不拘泥于教材,體現(xiàn)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-28-考點一考點二考點三3.數(shù)據(jù)處理方式的改進采用“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行實驗數(shù)據(jù)的采集和處理。-29-考點一考點二考點三例4為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關系,小明測量小燈泡的電壓U和電流I,利用P=UI得到電功率,實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V1.8 W”,電源為12 V的電池,滑動變阻器的最大阻值為10 。-30-考點一考點二考點三(1)準備使用的實物電路如圖甲所示,請將滑動變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫線代替
17、導線)(2)現(xiàn)有10 、20 和50 的定值電阻,電路中的電阻R1應選 的定值電阻。 (3)測量結束后,應先斷開開關,拆除兩端的導線,再拆除其他導線,最后整理好器材。 (4)小明處理數(shù)據(jù)后,將P、U2的數(shù)值在坐標紙上描點,并作出了一條直線,如圖乙所示,請指出圖象中不恰當?shù)牡胤健?答案解析解析關閉 答案解析關閉-31-12341.在探究規(guī)格為“4.0 V2.0 W”的小燈泡L的伏安特性曲線實驗中,可供選用的器材如下:-32-小燈泡L:“4.0 V2.0 W”。電流表A1:量程3.0 A,內(nèi)阻約為0.1 。電流表A2:量程0.6 A,內(nèi)阻約為0.2 。電壓表V:量程3.0 V,內(nèi)阻RV=9.0 k
18、。定值電阻R1:阻值為2.0 k。定值電阻R2:阻值為4.5 k。定值電阻R3:阻值為12.0 k。定值電阻R4:阻值為18.0 k?；瑒幼冏杵鱎:阻值范圍010 。學生電源E:電動勢6.0 V,內(nèi)阻不計。開關S及導線若干。(1)電流表應選,定值電阻選(在R1、R2、R3、R2中選一個)。 -33-(2)在方框中畫出實驗電路圖,并在圖上標明所選器材代號。(3)小雨同學采用同樣的方法進行實驗,檢查實驗電路連接正確,然后閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片,發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表指針始終不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在不斷開電路的情況下,檢查電路故障,應使用多用電表(填“歐姆10”“直流電壓10 V”或“直流電流2.5 mA”
19、)擋,檢查過程中將多用電表的紅、黑表筆與電流表“+”“-”接線柱接觸時,多用電表指針發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),說明電路故障是。 -34-35-答案 (1)A2R2(2)如圖所示 (3)直流電壓10 V電流表斷路-36-12342.某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小,實驗器材如圖甲所示,現(xiàn)已完成部分導線的連接。-37-1234-38-1234(1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中,電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大,請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲實物接線圖中完成其余導線的連接。(2)某次測量,電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示,則電流表的示數(shù)為A。 (3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示,根據(jù)圖
20、線判斷,將只相同的小電珠并聯(lián)后,直接與電動勢為3 V、內(nèi)阻為1 的電源組成閉合回路,可使小電珠的總功率最大,其總功率的值約為 W(保留三位小數(shù))。 -39-1234解析：(1)電流表示數(shù)要從零開始逐漸增大,滑動變阻器要用分壓式接法,如圖所示。(2)電流表示數(shù)為0.44 A。-40-1234電壓為U,根據(jù)閉合電路歐姆定律得:U+nI0r=E,而U+4 I0=3 V,U=-4 I0+3 V,如圖所示,圖線的交點縱、橫坐標分別為U1.5 V,I00.38 A,P=UI0=0.57 W,P總=nP=0.574 W=2.28 W。-41-1234答案： (1)見解析圖(2)0.44(3)4 2.28 -
21、42-12343.在有光照時太陽能電池可以將光能轉(zhuǎn)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。(1)為了達到上述目的,應選用哪個電路圖:(選填“甲”或“乙”)。 -43-1234(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(shù)字)
22、答案解析解析關閉 答案解析關閉-44-12344.在描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中。(1)某同學通過實驗得到了8組數(shù)據(jù),且已經(jīng)描在了圖甲所示的I-U坐標系中,請在圖甲中畫出小燈泡的伏安特性曲線。(2)該實驗正確的實驗電路圖應選(選填“乙”或“丙”)。 -45-1234(3)根據(jù)所選電路圖,請在圖丁中用筆畫線代替導線,把實驗儀器連接成完整的實驗電路。-46-1234(4)由伏安特性曲線知,該小燈泡的電阻隨電壓的升高而(選填“增大”“減小”或“不變”)。 (5)根據(jù)伏安特性曲線,可判斷出圖中正確的關系圖象是(圖中P為小燈泡的功率,I為通過小燈泡的電流)。 解析： (1)如圖甲所示。(2)觀察小燈泡的I-U圖象,可以看出實驗是從電壓為零時開始描點,說明電壓從零開始調(diào)節(jié),所以滑動變阻器應采用分壓式接法,因此題中乙圖所示電路正確。(3)電路實物連接圖如圖乙所示。-47-1234(5)根據(jù)電功率表達式P=I2R可知,圖象P-I2的斜率即為小燈泡的電阻,由于電阻隨功率增大而增大,因此選項D正確。 答案： (1)圖見解析(2)乙(3)圖見解析 (4)增大(5)D
物理實驗9 描繪小電珠的伏安特性曲線
