届高三物理大一轮复习讲义实验八描绘小电珠的伏安特性曲线doc.docx
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实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
[学生用书P137]
一、实验目的
1.掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式.
2.掌握伏安特性曲线的描绘方法.
3.理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线.
二、实验原理
用电流表测出流过小电珠的电流,用电压表测出小电珠两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来.
三、实验器材
小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0~3V~15V”、电流表“0~0.6A~3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔.
四、实验步骤
1.画出电路图(如实验原理图所示).
2.将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路.
3.测量与记录
移动滑动变阻器触头位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入自己设计的表格中.
4.数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立直角坐标系.
(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点.
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线.
一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
电路图
负载R上电压
的调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流
的调节范围
≤I≤
0≤I≤
二、两种接法的选择
1.限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压,分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压.
2.要求电压从0开始逐渐增大,采取分压式接法.
三、误差分析
1.电流表外接,由于电压表的分流,使电流表示数偏大.
2.测量时读数带来误差.
3.在坐标纸上描点、作图带来误差.
四、注意事项
1.本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法.
2.滑动变阻器应采用分压式接法,目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.
3.闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端.
4.加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压.
考点一 器材、电路的选择和数据分析
[学生用书P138]
(2013·高考天津卷)要测绘一个标有“3V 0.6W”小电珠的伏安特性曲线,电珠两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作.已选用的器材有:
电池组(电动势为4.5V,内阻约1Ω);
电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω);
电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ);
电键一个、导线若干.
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号).
A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A)
B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)
(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号).
(3)实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小电珠接到电动势为1.5V,内阻为5Ω的电源两端,小电珠消耗的功率是________W.
[解析]
(1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的A.
(2)因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3V,故滑动变阻器应采用分压接法.电珠的电阻R=
=15Ω,额定电流I=
=0.2A,由R=15Ω<
=
Ω,依据公式法“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,故选B.
(3)在电珠的I-U图上作出电源的I-U图线,交点坐标即为这个电源给这个电珠供电时的电压和电流,此时P电珠=IU=0.10×1.0W=0.1W.
[答案]
(1)A
(2)B (3)0.1
考点二 对电路的连接和实验原理的考查
[学生用书P138]
(2015·云南统测)在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验时,所用电流表内阻约为几欧,电压表内阻约为十几千欧.实验中得到了多组数据,通过描点连线在I-U坐标系中得到了小电珠的伏安特性曲线如图甲所示.
(1)在虚线框中画出实验电路原理图,并在图乙中用笔画线代替导线连接电路.
(2)根据图甲所示,可确定小电珠的功率P与U2和P与I2的关系,下列示意图中合理的是________.
(3)将被测小电珠与定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路.电源电动势为6.0V,内阻为1.0Ω.若电路中的电流为0.40A,则定值电阻R所消耗的电功率为________W.
[解析]
(1)由题图甲中伏安特性曲线可知,滑动变阻器采用的是分压式接法;由于小电珠电阻与电流表内阻相差不多,故电流表应采用外接法.
(2)随着电压或电流的增大,小电珠的电阻增大,小电珠的电功率与电压或电流的关系分别为P=
或P=I2R,所以P-U2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠电阻的倒数)应不断减小,P-I2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠的电阻)不断增大,D正确.
(3)由小电珠的伏安特性曲线可知,电流I=0.40A时,小电珠两端电压UL=4V,由欧姆定律可知,内电压U′=Ir=0.4V,由闭合电路欧姆定律可知定值电阻两端电压UR=E-UL-U′=1.6V,所以定值电阻消耗的电功率P=URI=0.64W.
[答案]
(1)电路图、实物图如图所示
(2)D
(3)0.64
[学生用书P139]
本实验的创新改进之处主要集中在两点:
1.数据处理方式的改进:
采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理.
2.被测元件的变更:
探究其他元件的伏安特性,或其电阻随温度变化的规律.
(2015·石家庄模拟)为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值,某同学设计了如图甲所示的电路,其中A为内阻不计、量程为3mA的电流表,E1为电动势为1.5V、内阻约为1Ω的电源,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,S为单刀双掷开关.
(1)实验室中提供的滑动变阻器有两个:
RA(0~150Ω),RB(0~500Ω),本实验中滑动变阻器R1应选用________(填“RA”或“RB”).
(2)完成下面实验步骤:
①调节温度,使Rt的温度达到t1;
②将S拨向接点1,调节________,使电流表的指针偏转到适当位置,记下此时电流表的读数I;
③将S拨向接点2,调节________,使电流表的读数仍为I,记下此时电阻箱的读数R0,则当温度为t1时,电阻Rt=________;
④改变Rt的温度,重复步骤②③,即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律.
(3)现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示.把该电阻与电动势为3.0V、内阻不计的电源E2,量程为3.0V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路,用该电阻做测温探头,将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“电阻温度计”.若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大,则应在原理图丙中________(填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表.如果电阻箱阻值R2=75Ω,则电压表刻度盘2.0V处对应的温度数值为________℃.
[解析]
(1)由电源的电动势为1.5V,电流表量程为3mA可知,达到满偏时,电路总电阻约为500Ω,故滑动变阻器选择RB.
(2)实验中选用替代法测量电阻,第二步中,先将S拨向接点1,调节滑动变阻器R1,记录电流表读数;然后将S拨向接点2,调节电阻箱R2,使电流表读数仍为I,此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值,即Rt=R0.
(3)由于电阻Rt随温度升高而增大,由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大,所以电压表与之并联,即电压表接在b、c两点.根据题图乙中图象可得Rt=(100+t)Ω,由串联分压规律可得电压表示数为2.0V时,Rt=150Ω,解得t=50(℃).
[答案]
(1)RB
(2)②R1 ③R2 R0 (3)b、c 50
[总结提升] 本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律,但核心还是等效法测电阻,只要弄清测量方法和原理,结合其他电路知识就能解决,解决创新实验,考生克服恐惧心理很关键.
[学生用书P139]
1.在描绘小电珠的伏安特性曲线时,采用如图所示电路,实验中发现移动滑动变阻器的滑片时,电流表的示数变化而电压表的指针不动,下列原因可能的是( )
A.小电珠中灯丝已烧断
B.滑片接触不良
C.小电珠内部短路
D.滑动变阻器A端接触不良
解析:
选C.由题图知,移动滑片时,因电流表示数有变化,故和电流表串联的回路中不存在断点,故A错.若滑片接触不良,电路中不可能有电流,故B错.若滑动变阻器A端接触不良,滑片移动时电流表和电压表读数均变化,故D错.若小电珠内短路则小电珠两端电压为零,电压表指针不变,移动滑片时,只有电流表指针变化,故选C.
2.(2015·合肥模拟)为了测量一个“12V 5W”的小电珠在不同电压下的功率,给定了以下器材:
电源:
12V,内阻不计;
电流表:
0~0.6A,0~3A,内阻可忽略;
电压表:
0~3V,0~15V,内阻很大;
滑动变阻器:
阻值范围0~20Ω,允许最大电流1A;
开关一个,导线若干.
实验时要求加在电珠两端的电压可从0调到12V.
(1)将图甲中的实物图连接完整.
(2)某位同学测得小电珠的伏安特性曲线如图乙所示,某次测量时,小电珠电流强度大小为0.40A,则此时加在它两端的电压为________V,此时小电珠的实际功率为________W.
解析:
(1)由于要求电压从0开始调节,故滑动变阻器应采用分压式接法.又因电流表内阻可忽略,则电流表采用内接法、外接法均可以,实物连接如图.
(2)由I-U图线得,当I=0.40A时,U=6.0V,故小电珠的实际功率为P=IU=2.4W.
答案:
(1)见解析
(2)6.0 2.4
3.(2015·济南模拟)有一个小电珠上标有“4V 2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个小电珠的U-I图线,有下列器材可供选用:
A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)
B.电压表(0~10V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~0.3A,内阻1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)
E.滑动变阻器(5Ω,10A)
F.滑动变阻器(500Ω,0.2A)
(1)实验中电压表应选用________,电流表应选用________.(用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用________(用序号字母表示).
(3)请在方框内画出满足实验要求的电路图,并把图中所示的实验器材用实线连接成完整的实物电路图.
解析:
(1)因小电珠的额定电压为4V,为保证安全,选用的电压表量程应稍大于4V,但不能大太多,量程太大则示数不准确,故只能选用0~5V的电压表,故选A.由P=UI得,电珠的额定电流I=
=0.5A,故应选择0~0.6A量程的电流表,故选D.
(2)由题意可知,电压从零开始变化,并要多测几组数据,故只能采用滑动变阻器分压接法,而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器,故选E.
(3)电珠内阻R=
=8Ω,电压表内阻远大于电珠内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图如图所示.
答案:
(1)A D
(2)E (3)见解析
4.(2015·唐山统考)某同学合理选用下列器材组成一个电路,同时对两个不同的热敏电阻RA、RB进行了测量,得到了两个热敏电阻的I-U关系曲线,如图所示.
在实验中,有以下器材供选择:
A.量程为50mA的电流表A1,内阻约10Ω
B.量程为0.6A的电流表A2,内阻约0.05Ω
C.量程为3V的电压表V1,内阻约10kΩ
D.量程为6V的电压表V2,内阻约50kΩ
E.电动势为12V、内阻不计的直流电源
F.滑动变阻器R1(50Ω,0.6A)
G.滑动变阻器R2(10Ω,0.02A)
H.单刀单掷开关一个、导线若干.
(1)为了得到热敏电阻完整的I-U关系曲线,请选择合适的实验器材:
________________________________________________________________________(填器材前的选项字母).
(2)请设计实验电路并把它画到方框中,标明相应的器材代号.
(3)该同学将RA、RB串联起来,与电压恒为7V的稳压电源连接,则此时热敏电阻RA和RB消耗的功率之比为________.
解析:
(1)根据I-U关系曲线上的数据去选择实验器材.
(2)测定I-U关系曲线.要求电压从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法;由于热敏电阻的阻值比电压表的内阻小很多,所以电流表采用外接法.
(3)由题图可知电流等大时RA∶RB=2∶5,则可知RA和RB消耗的功率之比为2∶5.
答案:
(1)ACDEFH
(2)电路如图所示 (3)2∶5
5.(2015·广东汕头摸底)某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件,如图为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,现需进一步验证该伏安特性曲线,实验室备有下列器材:
器材(代号)
规格
电流表(A1)
量程0~50mA,内阻约为50Ω
电流表(A2)
量程0~200mA,内阻约为10Ω
电压表(V1)
量程0~3V,内阻约为10kΩ
电压表(V2)
量程0~15V,内阻约为25kΩ
滑动变阻器(R1)
阻值范围0~15Ω,允许最大电流1A
滑动变阻器(R2)
阻值范围0~1kΩ,允许最大电流0.1A
直流电源(E)
输出电压6V,内阻不计
开关(S)
导线若干
(1)为提高实验结果的准确程度,电流表应选用________;电压表应选用________;为方便实验操作,滑动变阻器应选用________.(以上均填器材代号)
(2)为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号.
—
—
(3)实验发现测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合,请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点?
相同点:
________________________________________________________________________.
不同点:
________________________________________________________________________.
解析:
由图线可知,电路最大电流大于50mA,因此电流表选A2;电路最大电压为3V,电压表选V1;滑动变阻器采用分压式接法,选阻值小的R1.
答案:
(1)A2 V1 R1
(2)如图
(3)电阻随所加电压改变而改变 该元件电阻随电压升高而减小,小电珠电阻随电压升高而增大
6.某学习小组拟研究一个标有“3.6V 1.8W”的小电珠的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
①电流表A,量程0~0.6A,内阻约为0.2Ω;
②电压表V,量程0~15V,内阻约为15kΩ;
③滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;
④学生电源E,电动势为4V,内阻不计;
⑤开关S及导线若干.
(1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量,请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来.
(2)甲同学在实验中发现,由于电压表的量程较大而造成读数误差很大,因而影响了测量结果.于是又从实验室找来一量程为Ig=100μA、内阻Rg=1000Ω的灵敏电流计,想把该灵敏电流计改装成量程为5V的电压表,则需串联一个阻值为________Ω的电阻.
(3)甲同学用改装后的电压表进行实验,得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示:
I1(A)
0
0.19
0.30
0.37
0.43
0.46
0.48
0.49
I2(μA)
0
10
20
30
40
50
60
70
请在图丙中的坐标纸上画出I1-I2图线.
丙
丁
(4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中,则该小电珠消耗的电功率约为________W.已知电源的电动势为E=3.0V,内阻r=1.5Ω,定值电阻R0=4.5Ω.(结果保留两位有效数字)
解析:
(1)如图所示
(2)设需要串联的电阻阻值为Rx,则有Ig(Rg+Rx)=5V,代入数据可得Rx=49000Ω.
(4)将定值电阻R0看做该电源的电阻,则内阻r′=6Ω,由此可得路端电压U=E-Ir′,在I1-I2图线所在坐标纸上作出该I-U图象如下图所示,可知其交点坐标表示的电流约为0.32A,电压约为1.1V,所以该灯泡消耗的功率约为P=0.32×1.1W≈0.35W.
答案:
(1)见解析图
(2)49000 (3)如下图所示
(4)0.35
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