高考物理一轮复习 第7章 实验8 描绘小电珠的伏安特性曲线课件_图文

?实验八 描绘小电珠的伏安特性 曲线

? 注意事项 ? 1.电流表外接法: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连接 ? 本实验要作出I-U图像,要求测出一组包 括零在内的电流、电压值,故控制电路必须 采用分压接法。 ? 3.保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开 关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在 小电珠两端的电压不要超过其额定电压。

? 误差分析 ? 1.由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷 大,对电路的影响会带来误差,电流表外接, 由于电压表的分流,使测得的电流值大于真 实值。 ? 2.测量时读数带来误差。 ? 3.在坐标纸上描点、作图带来误差。

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热点一

实验原理的理解和电路的连接

? [例1] 有一个小电珠上标有“4 V,2 W”的字样, 现在要用伏安法描绘这个电珠的I-U图线,现有下 列器材供选用: ? A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ) ? B.电压表(0~15 V,内阻20 kΩ) ? C.电流表(0~3 A,内阻0.4 Ω) ? D.电流表(0~0.6 A,内阻1.0 Ω) ? E.滑动变阻器(10 Ω,2 A) ? F.滑动变阻器(500 Ω,1 A) ? G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干

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(1)实验时,选用图甲而不选用图乙的电 路图来完成实验,请说明理由: ________________________________。

? 图1 ? (2)实验中所用电压表应选用________, 电流表应选用________________,滑动变阻

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(3)把图2中所示的实验器材按图1用笔画 线代替导线连接成实物电路图。

? 图2

解析

(1)由于测量数据要从零开始,故采用题图甲所示的

分压式电路,且能方便地多测几组数据。 (2)因小电珠额定电压为 4 V,则电压表选量程为 0~5 V 的 P 2 电压表。小灯泡的额定电流为 I=U= A=0.5 A,则电流 4 表选 D。 滑动变阻器应选最大阻值较小的 E, 这样在实验中 移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化,从而 减小读数误差。

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(3)按图1连接实物电路,如图所示。

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答案 (1)描绘电珠的I-U图线所测数据 需从零开始,并要多取几组数据 ? (2)A D E (3)见解析图

? [变式训练] ? 1.(2016·江西上饶中学一模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲 线”的实验中,除标有“6 V、1.5 W”的小灯泡、导线和开 关外,还有: ? A.直流电源6 V(内阻不计) ? B.直流电流表0~3 A(内阻0.1 Ω以下) ? C.直流电流表0~300 mA(内阻约为5 Ω) ? D.直流电压表0~15 V(内阻约为15 kΩ) ? E.滑动变阻器“10 Ω 2 A” ? F.滑动变阻器“1 kΩ 0.5 A” ? 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次。

? 图3 ? (1)实验中电流表应选用________,滑动 变阻器应选用________。(均用序号表示) ? (2)试按要求在虚线方框3甲中画出电路图。 ? (3)根据电路图将图乙中所示器材连成实 验电路。

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解析 (1)小灯泡的额定电流为0.25 A,估算其电阻为24 Ω,故为精确测量,电流表选C;为方便调节,滑动变阻器 选E。 ? (2)小灯泡内阻较小,故电流表采用外接法,滑动变阻 器电阻相对灯泡较小,小灯泡两端的电压又要从零开始调节, 故滑动变阻器选用分压式接法。 ? (3)实物图连接可以根据分压式接法先把滑动变阻器下 面两个接线柱直接连在电源和开关两端,再考虑小灯泡和电 流表串联的一端接在滑动变阻器的上接线柱上,另一端接在 开关离电源远的那个接线柱上,最后连接电压表。(要注意 电流进出电表必须正进负出)

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答案 (1)C E (2)如图所示

?

(3)如图所示

? 热点二 实验数据处理与分析 ? [例2] [2015·福建理综,19(2)]某学习小组 探究一小电珠在不同电压下的电功率大小, 实验器材如图4甲所示,现已完成部分导线的 连接。 ? ①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移 动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大, 请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接 线图中完成余下导线的连接;

图4

?

②某次测量,电流表指针偏转如图乙所示, 则电流表的示数为________A; ? ③该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所 示,根据图线判断,将________只相同的小 电珠并联后,直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功 率最大,其总功率的值约为________W(保留 两位小数)。

解析

①实物接线图见答案; ②由图知电流表量程为 0.6 A,

所以读数为 0.44 A;③电源内阻为 1 Ω,所以当外电路总电 阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,即小电珠的总 功率最大,此时外电路电压等于内电压等于 1.5 V,由图丙 知当小电珠电压等于 1.5 V 时电流约为 0.38 A,此时电阻约 U 为 R= I =3.95 Ω≈4 Ω,并联后的总电阻为 1 Ω,所以需要 U2 1.52 4 个小电珠并联, 小电珠消耗的总功率约为 P= = W 1 R外 =2.25 W。

?

答案 ①连线如图 ②0.44 ③4 2.25

? [变式训练] ? 2.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。 某同学为研究这一现象,用实验来描绘小灯 泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有: ? A.小灯泡(2.5 V,1.2 W) ? B.电流表(量程0~0.6 A,内阻r=1 Ω) ? C.电压表(量程0~3 V,内阻未知) ? D.滑动变阻器R2(0~5 Ω,额定电流1 A) ? E.电源(E=3 V,内阻不计) ? F.定值电阻R0(阻值6 Ω) ? G.开关一个和导线若干

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(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化, 且能尽量减小系统误差,在虚线框内画出完 整的实验电路图。

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图5

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(2)按照正确的电路图,该同学测得实验数据如下:I是 电流表的示数,U是电压表的示数,U灯是小灯泡两端的实 际电压。请通过计算补全表格中的空格,然后在如图5坐标 纸中画出小灯泡的伏安特性曲线。

I/A U/V U灯/V

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00

?

解析 (1)要求小灯泡两端 的电压从零开始变化,故采用 滑动变阻器的分压式接法;本 题电流表的内阻已知为1 Ω, 其内压降可算出,为了尽量减 小系统误差,故采用电流表内 接法。实验电路如图甲所示。



?

(2)小灯泡两端的电压等于电压表的读数 减去电流表两端的电压。因为电流表内阻为1 Ω,故电流表两端的电压值与电流表的读数 相等。 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. I/A 05 10 15 20 25 30 35 40 45 48 U/ 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 1. 2. 3. V 08 15 25 40 60 90 30 85 50 00 U灯 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 2. 2. /V 03 05 10 20 35 60 95 45 05 52

?

小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。

? 乙
? 答案 见解析

? 热点三 实验的拓展与创新 ? 以本实验为背景,通过改变实验条件、实 验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥教 材,体现开放性、探究性等特点。 ? 1.以实验原理及实验方法为基础,探究小灯 泡功率与电压的关系。 ? 2.实验对象的变迁

? 3.数据处理方式的改进 ? 采用“DIS”数字化实验系统进行实验数 据的采集和处理。

? [例3] [2015·广东理综,34(2)]某实验小组 研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的 器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内 阻约为1 Ω)、定值电阻等。

? 图6

?

①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择 “×1”欧姆挡测量,示数如图6(a)所示,读 数为________Ω。据此应选择图6中的 ________(填“b”或“c”)电路进行实验。 ? ②连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的 滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐 ________(填“增大”或“减小”);依次记 录电流及相应的电压;将元件X换成元件Y, 重复实验。

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③图7(a)是根据实验数据作出的U-I图线, 由图可判断元件________(填“X”或“Y”) 是非线性元件。

? 图7

?

④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21 Ω的定 值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图7(b)所 示。闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V;断开S2,读数为 1.00 V,利用图7(a)可算得E=_______V,r=_______Ω(结 果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表)。 ? 解析 ①欧姆表的读数R=示数×倍率,得R=10 Ω; 根据 ? 实验电路产生误差的原因知应选用电流表外接,故选择 “b”电路进行实验。 ? ②滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,R左增大,待测电 阻两端的电压增大,所以电流表的示数增大。

③根据伏安特性曲线知,X 为线性元件,Y 为非线性元件, 且 RX=10 Ω。 ④由闭合电路欧姆定律: E S1、S2 均闭合,有 U1= R RX+r X E S1 闭合,S2 断开,有 U2= R RX+R+r X 解以上两式得 r=0.50 Ω,E≈3.2 V

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答案 ①10 b ②增大 ③Y ④3.2 0.50

? [变式训练] ? 3.2013年12月14日晚上9点14分左右嫦娥三号月球探测器平 稳降落在月球虹湾,并在4分钟后展开太阳能电池帆板。这 是中国航天器第一次在地外天体成功软着陆,中国成为继美 国、前苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。太阳能电池 在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以 视为一个电学器件。某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线 的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存 电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E, 电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。

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(1)为了达到上述目的,应选用图8中的哪 个电路图:________(填“甲”或“乙”)。

? 图8

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(2)该实验小组根据实验 得到的数据,描点绘出了如 图9所示的I-U图像。由图 可知,当电压小于2.0 V时, 太阳能电池的电阻 ________(填“很大”或 “很小”);当电压为2.8 V 时,太阳能电池的电阻约为 ________Ω。(保留两位有效 数字) ? 答案 (1)甲 (2)很大 1.0×103

图9


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