测绘小灯泡的伏安特性曲线.docx
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测绘小灯泡的伏安特性曲线
静电感应
实验原理:
1.使物体带电的方式有三种分别是摩擦带电、接触带电和感应带电;
2.静电感应:
当一个带电体靠近导体时,由于电荷间的相互吸引或排斥,导体中的同种电荷便会远离带电体,使导体靠近带电体的一端带上异种电荷,远离带电体的一端带同种电荷,这种现象叫做静电感应。
实验结论:
感应带电过程是怎样的?
是怎样使不带电的物体在不接触情况下带上电的?
实验拓展:
1.如果实验室没有带金属箔片的导体,可以用什么实验器材来代替它?
2.尝试进行下面的实验,进一步理解上述实验成果。
实验器材:
如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近的带正电的导体球.
实验步骤:
若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,分导体为A、B两部分,这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB。
1沿虚线a切开,A带电,B带电,且QAQB
2沿虚线b切开,A带电,B带电,且QAQB
3沿虚线C切开,A带电,B带电,且QAQB
实验分析:
静电感应使得A带电,B带电.导体原来不带电,只是在带正电的导体球C静电感应的作用下,导体中的自由电子向B部分转移,使B部分带了多余的电子而带负电,A部分少了电子而带正电.根据电荷守恒定律,A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷量总是相等的,电子在导体上的分布不均匀,越靠近右端负电荷密度越大,越靠近左端正电荷密度越大,所以从不同位置切开时左右两部分所带电荷量的值QA、QB是的
实验结论:
沿任意一条虚线切开,都有A带电,B带电,而QA、QB的值与所切的位置关(有、无)
答案:
正,负,不等,有关
考题回放:
1.(2015·江苏高考)静电现象在自然界中普遍存在,我国早在西汉末年已有对静电现象的记载,《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸
”之说,但下列不属于静电现象的是 ( )
A.梳过头发的塑料梳子吸起纸屑
B.带电小球移至不带电金属球附近,两者相互吸引
C.小线圈接近通电线圈过程中,小线圈中产生电流
D.从干燥的地毯上走过,手碰到金属把手时有被电击的感觉
【解析】选C。
小线圈接近通电线圈过程中,小线圈中产生感应电流,是电磁感应现象,不是静电现象,所以C项正确。
测绘小灯泡的伏安特性曲线
实验原理:
如图采用电流表外接法,用电流表、电压表分别测出流经小灯泡的电流I和小灯泡两端的电势差U,测出多组对应的U、I值,在直角坐标系中找出对应的各点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来。
实验结论:
1.小灯泡的伏安特性曲线是一条怎样的图线?
随着电压的增大,小灯泡的电阻怎么变化?
2.测绘小灯泡的伏安特性曲线电路中滑动变阻器应当采用接法,原因是
实验拓展:
1.内接法和外接法如何选择?
2.电流表内接法和外接法对实验结果有什么影响?
3.某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中得到如下一组U和I的数据:
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
发光情况
不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
实验步骤:
通过描点法在图中画出I—U图线.
图
实验分析:
从图线上可以看出,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是________.
实验结论:
这表明灯丝的电阻随着温度的升高而________.
答案:
增大,增大
考题回放
1.(2015·浙江高考)图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
(1)根据图甲画出实验电路图。
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V。
所示读数为:
① 、② 、③ 、④ 。
两组数据得到的电阻分别为
和 。
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)要会根据实物图画电路图。
(2)能够正确读出电流表和电压表的数值。
【解析】
(1)根据实物图画出电路图如图
(2)由实物图可知,电流表接的是0.6A的量程,电压表接的是3V的量程,因此①的读数为0.02A×5=0.10A,②的读数为0.02A×12=0.24A,③的读数为0.1V×20.0=2.00V,④的读数为0.1V×2.7=0.27V。
两组数据得到的电阻R1=
Ω=8.3Ω,R2=
Ω=2.7Ω。
答案:
(1)
(2)①0.10A ②0.24A ③2.00V ④0.27V
(8.3±0.1)Ω (2.7±0.1)Ω(后两空答案可互换)
2.(2015·山东高考)如图甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电阻,电流表、电压表均可视为理想电表。
某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率。
改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的U-I关系图线。
回答下列问题:
(1)滑动触头向下移动时,电压表示数 (选填“增大”或“减小”)。
(2)I0= A。
(3)RL消耗的最大功率为 W(保留一位有效数字)。
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)恒流源就是输出电流恒定,不必追究恒流源的内部结构。
(2)电阻上的电压、电流都要变化,要注意用二次函数求极值。
【解析】
(1)恒流源总电流不变,滑动触头向下移动,RL分得的电流增加,R上分得的电流减小,所以电压表读数减小。
(2)从图乙看出,电压表读数U=0时,电流为1.0A,此时滑动触头滑到最下端,恒流源短路,
输出电流I0=1.0A。
(3)从图乙得出U=20-20I,又因为P=UI,即P=-20I2+20I,当I=0.5A时,P有最大值5W。
答案:
(1)减小
(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确) (3)5
探究导体电阻与其影响因素的定量关系
实验原理:
如图abcd是四条不同的金属导体。
在长度、横截面积、材料三个因素方面,bcd跟a相比,分别只有一个因素不同:
b与a长度不同;c与a横截面积不同;d与a材料不同。
图中四段导体是串联的,每段导体两端的电压与它们的电阻成正比。
因此,用电压表分别测是abcd两端的电压,就知道它们的电阻之比。
比较ab的电阻与它们的长度之比;比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比;比较a、d的电阻是否相等。
这样就可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系。
实验结论:
1.由于影响导体电阻大小的因素有导体的长度、、,因此在探究过程中应采用
法进行研究。
2.在实验中,测量各条导线的电阻、长度、横截面积等数据的方法分别是什么?
3.导体电阻的大小与决定导体电阻的各因素各有什么定量关系?
实验拓展:
1.有人说电阻是导体阻碍电流的性质,电阻率是由导体材料的性质决定的,所以电阻率越大,则电阻越大,对吗?
为什么?
2.实验中为什么不用电流表?
如果用电流表应该怎么设计实验?
3.某课题小组通过实验测量河水的电阻率.
实验器材:
现备有一根均匀的长玻璃管(两端
各有一个可移动圆形电极,可装入样品水,接触电阻不计)、直尺、待测的水样品.电路器材如表一,
实验步骤:
他们用伏安法多次测量的数据如表二(为实验处理的方便,实验时每次都把电流表示数调到相同);实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径,结果如图5甲所示.
表一
器材编号
器材名称
规格
1
电流表
200μA,内阻约10Ω
2
电压表
12V,内阻约100kΩ
3
电池组
12V,内阻不计
4
滑动变阻器
10Ω 1A
5
开关
6
导线
若干
7
定值电阻
100Ω
表二
序号
水柱长度/cm
电压表示数/V
电流表示数/μA
1
10
2
100
2
20
4
100
3
30
6
100
4
40
8
100
5
50
10
100
(1)玻离管内径d的测量值为________cm.
(2)根据表一器材和表二数据确定测量电路中电流表应该________(填“内接”或“外接”),电路的连接方式应该采用________(填“分压电路”或“限流电路”).
(3)用计算出的水柱长度L与水柱电阻R在图6乙中描点,画出RL图象(要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值).
图6
(4)计算出所测水的电阻率为________Ω·m.
实验解析
(1)由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为2.26cm;
(2)电流表内阻远小于电压表内阻,故电流表采用内接法,待测电阻很大,滑动变阻器阻值较小,为操作方便,应该采用分压电路;
(3)由表二中数据可以计算出不同长度水柱的电阻,R1=
Ω=20kΩ、R2=40kΩ、R3=60kΩ、R4=80kΩ、R5=100kΩ,在坐标系中描点得到RL图线如图所示;
(4)取L=30cm时,R3=60kΩ,d=2.26cm,由电阻定律R=ρ
得:
ρ=
=
,代入数据解得:
ρ=80.2Ω·m.
答案
(1)2.26
(2)内接 分压电路 (3)如解析图所示 (4)80.2
实验结论:
水的电阻率与水柱长度有关。
探究导体电阻与材料的关系
实验原理:
1.根据电阻定律公式,只要测量出金属导线的长度L和它的直径d,计算出导线的横截面积S,并用测出金属导线的电阻R,即可计算出金属导线的电阻率。
2.导体的电阻率与导体的有关,在长度、横截面积一定的条件下,电阻率,导体的电阻越大。
3.螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的,即螺杆在螺母中旋转一周,螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。
因此,沿轴线方向移动的微小距离,就能用圆周上的读数表示出来。
螺旋测微器精密螺纹的距离是0.5mm,可动刻度有50个等分刻度,可动刻度旋转一周,测微螺杆可前进或后退,因此旋转每个小分度,相当于测微螺杆前进或后退0.01mm。
可见,可动刻度每一小分度表示0.01mm,所以螺旋测微器可准确到。
由于还能再估读到一位,可读到毫米的千分位,故又名。
实验结论:
导体的电阻率由什么决定?
如果求出导体的电阻率?
写出导体电阻率的表达式
实验拓展:
1.用伏安法测电阻对测量结果会产生误差吗?
实验电路为什么一定要用电流表外接法?
2.某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻.
实验步骤:
(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图5(a)和(b)所示,长度为________cm,直径为________mm.
图5
(2)按图3(c)连接电路后,实验操作如下.
(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最________处(填“大”或“小”);将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0.
(b)将电阻箱R2的阻值调至最________(填“大”或“小”),S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280Ω.
(3)由此可知,圆柱体的电阻为________Ω.
实验解析
(1)长度l=5.0cm+1×
mm=5.01cm;直径d=5mm+31.5×
mm=5.315mm.
(2)(a)为保护电路使电路中电流不会超出电流表量程,应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处.
(b)为使电路中电流较小,使电流表示数逐渐变大,电阻箱阻值也应先调至最大.
(3)将S1闭合,S2拨向接点1时,其等效电路图如图甲所示.
当S2拨向2时,其等效电路图如图乙所示.
由闭合电路欧姆定律知I=
,
当I相同均为I0时,R2=R圆柱体,
所以R圆柱体=1280Ω.
实验结论:
圆柱体的电阻可以用等效法测量。
3.
考题回放:
1.(2013·安徽高考)
(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为 mm,合金丝的直径为 mm。
(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图甲所示的实验电路图,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。
【解题指南】解答本题可按以下思路进行:
(1)首先要理解螺旋测微器的读数规则,固定刻度(注意半刻度线是否露出)+可动刻度×0.01,注意估读和单位;
(2)按电路图连线,一般可以从电源正极出发,按顺序连接完一部分再连接另一部分。
【解析】
(1)校零时的读数为(0+0.7×0.01)mm=0.007mm,测量时的读数为(0+0.5+14.5×0.01)mm=0.645mm,故合金丝的直径为(0.645-0.007)mm=0.638mm。
(2)先从电源正极出发,经过电键,再经过滑动变阻器的下边两个接线柱,回到电源负极;再由滑动变阻器的右上接线柱经过电流表的正、负接线柱,连接并联的合金丝与电压表到电源的负极,如图所示:
【答案】
(1)0.007 0.638
(2)见解析图
测定电池的电动势和内阻
实验原理:
1.伏安法由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir知,路端电压U=E—Ir,对给定的电源,E、r为常量,因此路端电压U是电流I的一次函数。
将电池、电流表、电压表,可变电阻连接成如图所示的电路,改变可变电阻R的阻值,可以测得多组I、U值,就可以计算出电动势E和内阻r。
E=
r=
2.安阻法电源电动势E、内阻r,与电阻箱阻值R、电流I的关系可以写成E=IR+Ir。
如果能够测出R、I的两组数据,就可以得到两个关于E、r的方程,于是能够从中解出E、r。
因此,用、也能测定电源电动势和内阻r。
3.伏阻法电源电动势E、内阻r,与电阻箱阻值R、电压U的关系可以写成
。
如果能够测出R、U的两组数据,就可以得到两个关于E、r的方程,于是能够从中解出E、r。
因此,用、也能测定电源电动势和内阻r。
实验结论:
1.本实验中还可以用作图法来处理实验数据,并利用图像求出电源的电动势E和r。
通过图像如何求出电源电动势和内阻?
2.写出用电压表和电阻箱测量电源电动势和内阻的表达式;
3.写出用电流表和电阻箱测量电源电动势和内阻的表达式。
实验拓展:
1.除了上述实验方法,能否用其他方法测定电池的电动势和内阻?
写出需要的器材和计算公式。
2.某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找来50mA的电流表一只(内阻为5.0Ω),一个开关,一个电阻箱(0~999.9Ω)和若干导线.设计了如图所示的电路,通过改变电阻R测相应的电流I,且进行相关计算后一并记录如下表.
图
1
2
3
4
5
6
R/Ω
95.0
75.0
55.0
45.0
35.0
25.0
I/mA
15.0
18.7
24.8
29.5
36.0
48.0
IR/V
1.42
1.40
1.36
1.33
1.26
1.20
(1)根据表中数据,图中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图中,并画出IRI图线.
图
(2)根据图线可得电池的电动势E是________V,内阻r是________Ω.
答案
(1)见解析图
(2)1.53 2.0
实验解析
(1)作IR-I图线,如图所示.
(2)根据实验电路知,IR表示电源的路端电压,I表示电路的电流,故IR-I图线的纵轴截距即为电池的电动势,则E=1.53V,图线斜率的绝对值减去电流表的内阻即为电池的内阻,则r=2.0Ω.
实验结论:
电池的电动势和内阻可以通过安伏法,用图象来处理确定。
考题回放:
1.(2015·江苏高考)小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。
(1)图中电流表的示数为 A。
(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:
U/V
1.45
1.36
1.27
1.16
1.06
I/A
0.12
0.20
0.28
0.36
0.44
请根据表中的数据,在方格纸上作出U-I图线。
由图线求得:
电动势E= V;内阻r= Ω。
(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。
其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为______________________。
【解析】
(1)电流表使用的量程为0~0.6A,所以电流表读数为0.44A。
(2)描点连线得到U-I图像,如图所示
根据E=U+Ir,图像中纵截距为电动势,所以E=1.60V(1.58~1.62都算对),斜率为内阻,所以
r=1.2Ω(1.18~1.26都算对)。
(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大。
答案:
(1)0.44
(2)U-I图像见解析 1.60(1.58~1.62都算对) 1.2(1.18~1.26都算对)
(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大
【误区警示】本题主要的问题是不能准确地构建最合理图像。
如起点的建立,纵坐标起点为1.0,描点时不能精准,连线时对拟合法不能理解,不能画出误差最小的图线,导致
(2)问失分。
2.(2015·安徽高考)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:
一个满偏电流为100μA,内阻为2500Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9Ω)和若干导线。
(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为
Ω。
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。
1
2
3
4
5
6
R/Ω
95.0
75.0
55.0
45.0
35.0
25.0
I/mA
15.0
18.7
24.8
29.5
36.0
48.0
IR/V
1.42
1.40
1.36
1.33
1.26
1.20
①根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线。
②根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 Ω。
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)电流表扩大量程的原理是并联分流,即给表头并联一个小电阻。
(2)本实验的原理公式为IR=-Ir+E,明确截距和斜率的意义。
(3)连线时要注意使尽可能多的点在直线上。
【解析】
(1)电流表扩大量程的原理是并联分流,所以表头应与电阻箱并联,则IgRg=(I-Ig)R,所以R=
=
×2500Ω=5.0Ω。
(2)描点连线如图所示,由E=IR+Ir可知本实验的原理公式为IR=-Ir+E,所以直线与纵轴的截距为电动势,大小为1.53V,斜率大小为电源内阻,大小为6.7Ω。
答案:
(1)并联 5.0
(2)①见解析图 ②1.53 6.7
3.(2015·四川高考)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。
已知电池的电动势约6V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。
可选用的实验器材有:
电流表A1(量程0~30mA);
电流表A2(量程0~100mA);
电压表V(量程0~6V);
滑动变阻器R1(阻值0~5Ω);
滑动变阻器R2(阻值0~300Ω);
开关S一个,导线若干条。
某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。
Ⅱ.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。
以U为纵轴,I为横轴,得到如图乙所示的图线。
Ⅲ.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。
重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。
回答下列问题:
①电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。
②由图乙的图线,得电源内阻r= Ω。
③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx= ,代入数值可得Rx。
④若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围 ,电压表示数变化范围 。
(选填“相同”或“不同”)
【解析】①因为电源电动势约为6V,待测电阻和电池内阻都是数十欧,可估算出电路中的电流为数百毫安,因此电流表应选A2;为了电路正常工作以及方便调节,多测量几组数据,滑动变阻器应选R2。
②根据图甲电路结构可知,电压表测量了电路的路端电压,电流表测量了电路的总电流,因此图乙中,图线斜率绝对值即为电池的内阻,有:
r=|k|=|
|Ω=25Ω。
③当改接电路后,将待测电阻与电源视为整体,即为一“等效电源”,此时图线的斜率绝对值为等效电源的内阻,因此有:
=r+Rx=|
|=
解得:
Rx=
-r。
④若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,电路的总电阻可变范围不变,因此电流表的示数变化范围相同,Rx接在B、C之间时,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,而Rx接在A、B之间时,电压表测量的是滑动变阻器与Rx两端电压的和,由于对应某一滑动变阻器阻值时,电路的电流相同,因此电压表的读数不同,所以电压表示数变化范围也不同。
答案:
①A2 R2 ②25 ③
-r ④相同 不同
4.(2015·天津高考)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V,内电阻约1Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:
量程0.6A,内电阻约1Ω
B.电流表:
量程3A,内电阻约0.2Ω
C.电压表:
量程3V,内电阻约30kΩ
D.电压表:
量程6V,内电阻约60kΩ
E.滑动变阻器:
0~1000Ω,额定电流0.5A
F.滑动变阻器:
0~20Ω,额定电流2A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用 ,电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 (均填仪器的字母代号)。
(2)如图为正确选择仪器后,连好的部分电路。
为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将 和 相连、 和 相连、
和 相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。
(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验,实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。
用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以 为纵坐标,以 为横坐标。
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表、电压表、滑动变阻器应合理选取。
(2)根据闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律整理函数关系。
【解析】
(1)为了使测量结果准确,电流表应选用小量程的,故电流表应选用A;电池组的电动势约为4.5V,故电压表应选量程6V,即选D;滑动变阻器E的最大阻值太大,故应选F。
(2)电压表负接线柱已画好,正接线柱应接电源正极,故用导线将a和d相连、c和g相连、f和h相连。
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