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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?zāi)康?.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(guān)系。三、實驗器材學(xué)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(guān)、坐標紙、導(dǎo)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(dǎo)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(guān)S前,滑動變阻器滑片應(yīng)移到最左端,以使開關(guān)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(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(guān)S前,滑動變阻器的滑片應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端,使開關(guān)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(guān)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(guān)

4、。5.誤差較大的點要舍去,I-U圖線應(yīng)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(jié)論?提示：不影響。-8-2.設(shè)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(yīng)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(guān)一個、導(dǎo)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(yīng)將選擇開關(guān)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(yīng)選;電壓表應(yīng)選;滑動變阻器應(yīng)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(yīng)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(guān)閉合之前,圖中滑動變阻器的滑片應(yīng)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(shè)計出正確電路圖并正確連線后,閉合開關(guān),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(yīng)采用外接法,由題圖甲所示電路圖可知,電壓表的右端應(yīng)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(guān)S閉合前,滑動變阻器的滑片應(yīng)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(yīng)采用分壓接法。 (3)連接實物時應(yīng)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(jié)電學(xué)實驗電路設(shè)計的思路與方法1.首先應(yīng)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(shè)計達到何種標準的電路等。其設(shè)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(yīng)先比較R0與待測電阻Rx的關(guān)系,其中R0= ,若RxR0,則設(shè)計為電流表內(nèi)接法;若RxR0,則設(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)計與數(shù)據(jù)處理實驗電路設(shè)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(guān)一個、導(dǎo)線若干。(1)實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)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(yīng)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(yīng)用分壓式接法,滑動變阻器應(yīng)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。現(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(yīng)選擇(選填“A1”或“A2”),電壓表應(yīng)選擇(選填“V1”或“V2”),滑動變阻器應(yīng)選擇(選填“R1”或“R2”)。 -22-(2)某同學(xué)用導(dǎo)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(xué)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(guān)后,反復(fù)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(dǎo)線為。 (4)圖丙是學(xué)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(yīng)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(yīng)采用分壓接法,故滑動變阻器應(yīng)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(dǎo)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(jié)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(guān)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(shè)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(chǔ),探究小燈泡功率與電壓的關(guān)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(guān)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(dǎo)線)(2)現(xiàn)有10 、20 和50 的定值電阻,電路中的電阻R1應(yīng)選 的定值電阻。 (3)測量結(jié)束后,應(yīng)先斷開開關(guān),拆除兩端的導(dǎo)線,再拆除其他導(dǎo)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(guān)閉 答案解析關(guān)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。滑動變阻器R:阻值范圍010 。學(xué)生電源E:電動勢6.0 V,內(nèi)阻不計。開關(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)電流表應(yīng)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(xué)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(guān),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(yīng)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)線在圖甲實物接線圖中完成其余導(dǎo)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(xué)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(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)為了達到上述目的,應(yīng)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(guān)閉 答案解析關(guān)閉-44-12344.在描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中。(1)某同學(xué)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(yīng)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(dǎo)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(guān)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(yīng)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