（新课标）年高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第4讲 实验 描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

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1、课标版课标版 物理物理第4讲实验_描绘小电珠的伏安特性曲线 实验目的实验目的 1.描绘小电珠的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。实验原理1.测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图像;2.由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。实验器材实验器材小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。教材研读教材研读 实验步骤实验步骤 1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按实验原理图连接好实验电路。2.将滑动变阻器的滑片移到使小电珠分得电压为零的一端,接线经检

2、查无误后,闭合开关S。3.移动滑动变阻器滑片到不同位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。U(V)00.20.40.60.81.01.21.62.02.42.83.23.63.8I(A)4.拆除电路,整理仪器。数据处理数据处理 1.在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。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。注意事项注意事项 1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法:小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小,与0

3、0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。(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。2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。3.I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。4.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后,马上断开开关。5.误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。误差分析误差分析 1.由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带

4、来误差。2.电流表、电压表的读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来误差。考点一器材的选取和实验操作考点一器材的选取和实验操作典例典例112013天津理综,9(3)要测绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5 V,内阻约1);电流表(量程为0250 mA,内阻约5);电压表(量程为03 V,内阻约3 k);电键一个、导线若干。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20,额定电流1 A)考点突破考点突破B.滑动变阻器(最大阻值1 750,额定电流0.3 A

5、)实验的电路图应选用下列的图(填字母代号)。实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V,内阻为5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。答案AB0.1解析测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,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。灯泡的电阻R=15,额定电流I=0.2A,由R=15=,依据“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,故选B。在灯泡的I-U图上作出电源的I-U图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.11W=0.1W。1-1在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,除有一标有“6

6、V,1.5W”的小灯泡、导线和开关外,还有:A.直流电源6V(内阻不计)B.直流电流表03A(内阻0.1以下)C.直流电流表0300mA(内阻约为5)D.直流电压表010V(内阻约为15k)E.滑动变阻器(10,2A)F.滑动变阻器(1k,0.5A)实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(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)在方框内画出实验电路图。(3)试将图中所示器材连成实验电路。答案(1)CE(2)实验电路图如图所示(3)实物图连线如图所示解析由I额=A=250mA,故电流表应选C。因要求电压从零开始变化,滑动变阻器用分压接法,应选小阻值的E。1

7、-2某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件,该电学元件上标有“最大电流不超过6mA,最大电压不超过7V”,同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线,他们设计的一部分电路如图所示,图中定值电阻R=1k,用于限流;电流表量程为10mA,内阻约为5;电压表(未画出)量程为10V,内阻约为10k;电源电动势E为12V,内阻不计。(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择:A.阻值0200,额定电流0.3AB.阻值020,额定电流0.5A应选择的滑动变阻器是(填“A”或“B”)。正确接线后,测得数据如下表:次数12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.

8、386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.00(2)由以上数据分析可知,电压表并联在M与之间(填“O”或“P”)。(3)将电路图在虚线框中补充完整。(4)从表中数据可知,该电学元件的电阻特点是:。答案(1)B(2)P(3)如图所示(4)当元件两端的电压小于6V时,元件的电阻非常大,不导电;当元件两端的电压大于6V时,随着电压的升高元件的电阻变小解析(1)因要描绘该电学元件的伏安特性曲线,所以元件的电压应从0开始,则滑动变阻器应采用分压式接法,故应选择最大阻值较小的滑动变阻器B,这样便于调节。(2)从表中数据看,由于被测元件的电阻大约

9、为1k,对照电压表、电流表的内阻,应用电流表内接法,电压表应并联在M与P之间。(3)图见答案。(4)从表中数据可以看出:当元件两端的电压小于6V时,元件的电阻非常大,不导电;当元件两端的电压大于6V时,随着电压的升高元件的电阻变小。典例典例2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其标称功率值为0.75W,额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该小灯泡的电阻约为2,然后根据公式计算出该小灯泡的额定电压U=V=1.22V。他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过小灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制小灯泡的U-

10、I图线,进而分析小灯泡的额定电压。A.电压表V(量程3V,内阻约3k)B.电流表A1(量程150mA,内阻约2)C.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6)考点二数据处理和误差分析考点二数据处理和误差分析D.滑动变阻器R1(020)E.滑动变阻器R2(0100)F.电源E(电动势4.0V,内阻不计)G.开关S和导线若干H.待测小灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知)(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表选择(填“A1”或“A2”);滑动变阻器选择(填“R1”或“R2”)。(2)在实验过程中,该同学将小灯泡两端的电压由零缓慢地增加,当电压达到1.23

11、V时,发现小灯泡亮度很暗,当达到2.70V时,发现小灯泡已过亮,便立即断开开关,并将所测数据记录在下边表格中。次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的U-I图线。(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为V;这一结果大于1.23V,其原因是。答案(1)电路原理图如图所示A2R1(2)图见解析(3)2.5(2.42.6均可)小灯泡的灯丝在常温下的电阻小于正常工作时的电阻(或小灯泡的电阻随温度的升高而变大)解析(1)根据P=I2R,估算出通过灯泡的最大电流大约是600mA,因此电流

12、表应选A2;通过本实验要描绘出灯泡的U-I图线,需要从0开始测量多组数据,因此滑动变阻器应采用分压式接法,所以应选阻值较小的R1;因小灯泡电阻较小,则电流表应外接。(2)如图所示(3)由P=UI=0.75W,再结合图像可知U额=2.5V;小灯泡的额定电压大于1.23V的原因是小灯泡的灯丝在常温下的电阻小于其正常工作时的电阻。2-1为了测量一个标有“12V5W”的小灯泡在不同电压下的功率,给定了以下器材:电源:12V,电阻不计;电流表:00.6A,03A,内阻可忽略;电压表:03V,015V,内阻很大;滑动变阻器:阻值范围020,允许通过的最大电流为1A;开关一个,导线若干。实验时要求加在小灯泡

13、两端的电压可从0调到12V。(1)将图甲中的实物图连接完整。图甲(2)某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,某次测量时,通过小灯泡的电流大小为0.40A,则此时加在它两端的电压为V,此时小灯泡的实际功率为W。图乙答案(1)见解析(2)62.4解析(1)由于要求小灯泡两端的电压可从0调到12V,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=6V,故小灯泡的实际功率为P=IU=2.4W。2-2(2015浙江理综,22,10分)图1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。图1

14、图2(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2中的、所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V。所示读数为:、。两组数据得到的电阻分别为和。答案(1)如图所示(2)0.10A0.24A2.00V0.27V(1)根据图1画出实验电路图;(8.30.1)(2.70.1)如填为“(2.70.1)(8.30.1)”也行解析(1)图见答案。(2)由图2可知,量程为0.6A的电流表的分度值为0.02A,采用“半格估读法”,的读数为0.10A,的读数为0.24A;量程为3V的电压表的分度值为0.1V,应采用“估读”法,故、的读数分别为2.00V与0.27V。因小灯泡通过的电流随其两端电压的增

15、大而增大,故与、与分别对应,故由欧姆定律R=可得两组数据得到的电阻分别为R1=8.3、R2=2.7。典例典例3(2015海南单科,12,9分)某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为:电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100F)、电阻R1(约200k)、电阻R2(1k)、电压表(量程6V)、秒表、导线若干。图(a)(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线。考点三实验改进与创新考点三实验改进与创新图(b)图(c)(2)先闭合开关S2,再断开开关S2;闭合开关S1,同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图(c)所示,

16、电压表的读数为V(保留2位小数)。(3)该同学每隔10s记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表所示。在坐标纸上绘出U-t图线。已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是s。时间t/s10.020.030.040.050.060.0电压U/V2.143.454.234.515.005.18(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是。答案(1)如图所示(2)3.60(3)图线如图所示40.0(4)放电解析(1)图见答案。(2)由图(c)知电压表的分度值为0.1V,读数时应估读到分度值的下一位即0.01V,故测量结果为3.60V。(3)将表中各数据在坐标系中描点连线如答图所示,由图可

17、知除t=40.0s的数据外其他各点基本在同一平滑曲线上,故误差较大的数据点只能是t=40.0s对应的点。(4)因在S1闭合前进行了闭合S2再断开S2的操作,其目的是实验前使电容器两极板上的电荷充分中和,对电容器的残存电荷进行放电。3-1二极管是一种半导体元件,电路符号为,其特点是具有单向导电性。某实验小组要测绘一个二极管正向接入电路时的伏安特性曲线。据了解,该二极管允许通过的最大电流为50mA。(1)该二极管外壳的标识模糊了,同学们首先用多用电表的电阻挡来判断它的正负极:当将红表笔接触二极管的左端、黑表笔接触二极管的右端时,发现指针的偏角比较小;当交换表笔再次测量时,发现指针的偏角很大,由此可

18、判断(选填“左”或“右”)端为二极管的正极。(2)实验探究中他们可选的器材如下:A.直流电源(电动势3V、内阻不计);B.滑动变阻器(020);C.电压表(量程15V、内阻约80k);D.电压表(量程3V、内阻约30k);E.电流表(量程0.6A、内阻约1);F.电流表(量程50mA、内阻约50);G.待测二极管;H.导线、开关。为了提高测量精确度,电压表应选用,电流表应选用。(填字母序号)(3)实验中测量数据如下表,请在坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线。电流I/mA000.21.83.98.614.021.833.550.0电压U/V00.500.751.001.251.501.752.0

19、02.252.50(4)同学们将该二极管与阻值为100的定值电阻串联后接到电压恒为3V的电源两端,则二极管导通时定值电阻的功率为W。答案(1)左(2)DF(3)伏安特性曲线如图所示(4)0.019(0.0140.020均可)解析(1)用多用电表测二极管时,黑表笔接多用电表的内电源的正极,红表笔接负极,指针偏角很小,说明电阻很大,指针偏角很大,说明电阻较小,再由二极管的单向导电性可判断左端为二极管的正极。(2)因电源电压只有3V,则电压表选D;因二极管允许通过的最大电流为50mA,则电流表选F。(3)在坐标纸上描点连线,连线为光滑曲线,图线见答案。(4)把定值电阻等效看为电源内阻,在二极管的I-

20、U图像中作出电源的I-U图线,两图线的交点为二极管导通时定值电阻两端的电压和通过的电流,计算得功率。3-2(2015山东理综,22,8分)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。图甲图乙回答下列问题:(1)滑动触头向下移动时,电压表示数(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)。答案(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)(3)5解析(1)滑动触头

21、下移时,RL减小,则RL分流增大,R的分流则减小,电压表示数U=IRR,故U减小。(2)当滑动触头移至最下端时,RL=0,此时I0=IA=1.00A。(3)由U-I图像可得:U=20-20I,RL消耗的功率P=UI=-20I2+20I,可见,当I=0.5A时,P有最大值,Pm=5W。3-3(2013江苏单科,10,8分)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10。(1)准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)(2)现有10、20和50的定值电阻,电路中的电阻R1应选的定值电阻。(3)测量结束后,应先断开开关,拆除两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材。(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图所示。请指出图像中不恰当的地方。答案(1)如图所示(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当。解析(1)探究P和U的关系应较大范围测量U,滑动变阻器需要应用分压