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2014年物理《复习方略》课件(鲁科版)选修3-1 第七章 实验八描绘小电珠的伏安特性曲线


实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线

【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.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。

2.电流表外接

/>因为小电珠的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大; 滑动变阻器采用分压式:使电压能从零开始连续变化。 3.滑动变阻器两种接法的对比 方式 内容

限 流 接 法

分 压 接 法

对比说明

两种接法 电路图

串、并联 关系不同

方式 内容

限 流 接 法

分 压 接 法

对比说明
分压电路 调节范围 大 分压电路 调节范围 大 都是为了 保护电路 元件

负载R上电 压调节范围

RE ?U?E R ? R0

0 ≤U ≤E

负载R上电 流调节范围

E E ?I? R ? R0 R

E 0?I? R

闭合S前触 头位置

b端

a端

4.分压和限流电路的选择原则
(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动 变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电 流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电 压),此时,则必须选用分压式电路。 (2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限 流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻

上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路。
(3)若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路。

(4)两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因
为限流式接法电路简单、能耗低。

【实验器材】

小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表
(0~3 V~15 V)与电流表(0~0.6 A~3 A)各一个、滑动 变阻器(最大阻值20 Ω )一个、学生低压直流电源(或电池 组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。

【实验过程】 一、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,按如图所示的原理图连接好实验电路。

2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误

后,闭合开关S。
3.移动滑动变阻器滑片位置,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 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

I/A
U/V I/A 4.拆除电路,整理仪器。 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8

二、数据处理
1.在坐标纸上以U为横轴, 锦囊妙诀:电路连接是关键, 以I为纵轴,建立坐标系。 先串后并把线连,滑动变阻 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 要分压,A表外接减误差,电 压从零开始变,I-U坐标连曲 线,要对图线细研究,得出规 律记心间。

珠的伏安特性曲线。

【误差分析】 1.系统误差 由于电压表、电流表不是理想电表,电表内电阻对电路的影响 带来的误差。 2.偶然误差 (1)电压表、电流表的读数带来的误差。

(2)在坐标纸上描点、作图带来的误差。

【注意事项】 1.闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为0

的一端,从而使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化,同
时,也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而被烧坏。 2.I-U图线在U=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V 左右 要多测几组数据,以防出现很大误差。 3.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。 4.建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选 取的标度要合理,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标

纸。

【实验改进】 1.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。

2.与原数据处理方式的比较 (1)原方案: ①优点:由学生读出电压表、电流表的数据,并亲自动手绘出

伏安特性曲线,可锻炼学生的读数、动手操作能力。
②缺点:学生读数、绘图带来较大误差。

(2)改进方案:
①优点:电压、电流由传感器测出,由电脑进行数据分析,再 进行绘图,快捷、准确,误差较小。 ②缺点:一切在电脑上进行,学生的动手能力得不到锻炼。

热点 1

对实验原理、注意事项的考查

【典例1】(2012·安徽高考)如图为“测绘小灯泡伏安特性曲

线”实验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5 V。

(1)完成下列实验步骤: ①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片, ②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片, 。 。

③断开开关??根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏 安特性曲线。 (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。

【标准解答】(1)①开关闭合前应使小灯泡两端的电压为0,所
以应使滑动变阻器的滑片滑至最左端。②实验中要测出多组小 灯泡两端的电压和电流值,因此闭合开关后,逐渐移动变阻器 的滑片,增加小灯泡两端的电 压,记录电压表和电流表的多 组读数,电压表的读数不应超 过2.5 V。

(2)根据实物图画出电路图如图:

答案:(1)①使滑动变阻器的滑片滑至最左端②增加小灯泡两 端的电压,记录电压表和电流表的多组读数,直至电压表示数 达到小灯泡的额定电压 (2)电路图见标准解答

热点 2

电路的连接和实验数据分析

【典例2】(2011·广东高考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线” 实验中,所用器材有:小电珠(2.5 V,0.6 W),滑动变阻器, 多用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干。

(1)粗测小电珠的电阻,应选择多用电表

倍率的电阻挡

(请选填“×1”“×10”或“×100”);调零后,将表笔分 别与小电珠的两极连接,示数如图甲,结果为 Ω。

(2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图乙完成

实物图丙中的连线。
(3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于 小电珠亮度增加,P应由中点向 端滑动。 端,为使

(4)如表为电压等间隔变化测得的数据,为了获得更准确的实 验图像,必须在相邻数据点 间多测几组数据(请选填

“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)。 数据点 U/V I/A a 0.00 0.000 b 0.50 0.122 c 1.00 0.156 d 1.50 0.185 e 2.00 0.216 f 2.50 0.244

【标准解答】(1)因为小电珠的电阻比较小,故应该选“×1”

倍率,由题图读得电阻为7.5 Ω。
(2)因为小电珠的电阻比较小,

故伏安法测量时应该用电流表
外接法,测量的电压应该从零 开始,故滑动变阻器要用分压 式接法,实物连接如图所示。

(3)开关闭合前滑片P应置于a端,为了使小电珠亮度增加,应 使滑片从中点向b端滑动。 (4)ab之间电流增加了0.122 A,其他段电流依次增加了0.03 A 左右,所以需要在ab之间将电流分为0.030 A、0.060 A、 0.090 A,分别测出相应的电压值。

答案:(1)×1
(4)ab

7.5

(2)见标准解答图

(3)a

b

【双基题组】 1.(2013·青岛模拟)在描绘小电珠的伏安特性曲线时,采用如 图所示的电路,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.电珠中灯丝已烧断
B.滑片接触不良

C.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,若电压表的电阻无穷大,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,故D错。若电珠内短路则电珠两端电压为零,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.(2013·厦门模拟)在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中, 可以同时测定小电珠的功率和电阻。 (1)测得的小电珠的功率与实际的功率相比较,测量功率( A.总偏大 C.无误差 B.总偏小 D.都有可能 ) )

(2)小电珠的电阻的测量值与实际值相比较(

A.偏大
C.有时偏大,有时偏小

B.偏小
D.都有可能

【解析】(1)此实验电路为电流表外接,根据P=UI,电流 I测>I真,所以P测>P真。 (2)电流表外接时,U测=U真,I测>I真,故R测<R真。 答案:(1)A (2)B

3.(2013·济南模拟)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U-I图线,有下列器材供选用: A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ ) B.电压表(0~10 V,内阻20 kΩ ) C.电流表(0~0.3 A,内阻1 Ω ) D.电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω ) E.滑动变阻器(5 Ω ,10 A)

F.滑动变阻器(500 Ω ,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 (用序号字母表示) ,电流表应选用 。

(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相应的实物电路图。

【解析】(1)因电珠的额定电压为4 V,为保证安全,选用的电 压表量程应稍大于4 V,但不能大太多,量程太大则示数不准

确,故只能选用0~5 V的电压表,故选A。由P=UI得,电珠的
额定电流 I ? P ? 0.5 A,故应选择0~0.6 A量程的电流表,故选 D。
U

(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。

U2 (3)电珠内阻 R ? 电压表内阻远大于电珠内阻,应采 ? 8 ?, P

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

【高考题组】
4.(2012·四川高考)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安 特性曲线,可供选用的器材如下: 小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”;

电流表A1,量程3 A,内阻约为0.1 Ω ; 电流表A2,量程0.6 A,内阻r2=0.2 Ω ; 电压表V,量程3 V,内阻rV=9 kΩ ;

标准电阻R1,阻值1 Ω ;
标准电阻R2,阻值3 kΩ ; 滑动变阻器R,阻值范围0~10 Ω ;

学生电源E,电动势6 V,内阻不计; 开关S及导线若干。 (1)甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量,当通过L的电 流为0.46 A时,电压表的示数如图乙所示,

此时L的电阻为

Ω。

(2)乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量,电压表指 针指在最大刻度时,加在L上的电压值是 V。

【解析】(1)由题意可知电压表的满偏电压为3.0 V,则图示
电压为2.3 V,所以L的电阻为 R ? U ? 2.3 ? ? 5 ?。
I 0.46

(2)由题意可知电压表的满偏电压为3.0 V,则通过电压表的 电流为 I ? U1 ? 3.0 A ? 1 mA,此时通过定值电阻R2的电流也 是 I ? 1 mA, 则定值电阻R2两端的电压为 U 2 ? IR 2 ? 1 mA ? 3 000 ?
3 3

rV

9 000

3

=1.0V,所以灯泡L两端的电压为U=U1+U2=4.0 V。 答案:(1)5 (2)4

5.(2011·福建高考)某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电 珠伏安特性曲线实验中: (1)在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电珠的电 阻,则应将选择开关旋至 挡进行测量。(填选项前的字母)

A.直流电压10 V
B.直流电流5 mA C.欧姆×100 D.欧姆×1

(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器 (阻值范围0~20 Ω ,额定电流1.0 A),L为待测小电珠, 电压表(量程6 V,内阻20 kΩ ) 1 Ω ),E为电源(电动势8 V, 为

(量程0.6 A,内阻

内阻不计),S为开关。
Ⅰ.在实验过程中,开关S闭合 前,滑动变阻器的滑片P应置 于最 端;

(选填“左”或“右”)

Ⅱ.在实验过程中,已知各元器件均无故障,但闭合开关S后, 无论如何调节滑片P,电压表和电流表的示数总是调不到零, 其原因是 点至 点的导线没有连接好;(图甲中的

黑色小圆点表示接线点,并用数字标记,空格中请填写图甲中

的数字,如“ 2 点至 3 点”的导线)
Ⅲ.该同学描绘出小电珠 的伏安特性曲线示意图 如图乙所示,则小电珠的 电阻值随工作电压的增大 而 。(选填“不变”“增大”或“减小”)

U2 【解析】(1)由小电珠的规格可知,其电阻约为 R ? ? 12 ?, P

故选D。

(2)Ⅰ.由于电压应从零开始,结合分压接法的特点,开关闭合 前,滑动变阻器滑片应置于最左端。

Ⅱ.由于电压表和电流表总是调不到零,因此滑动变阻器不是
分压接法,各元件无故障则是1点到5点导线没有连接好。 Ⅲ.由I -U图像的斜率越来越小可知小电珠的电阻值随工作电 压的增大而增大。 答案:(1)D (2)Ⅰ.左 Ⅱ.1 5(5 1) Ⅲ.增大

6.(2010·安徽高考)太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我 国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池。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。某实验小组根据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。

(1)为了达到上述目的,请将图甲连成一个完整的实验电路图。

(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图乙的I-U 图像。由图可知,当电压小于2.00 V时,太阳能电池的电阻 (选填“很大”或“很小”);当电压为2.80 V时,太阳 能电池的电阻约为 Ω。

【解析】(1)注意到图乙的I-U图像中的数据特点:电压、电流
从零开始变化,所以电路设计用滑动变阻器的分压式,如图所 示。

(2)由图乙可知,当电压小于2.00 V时,通过太阳能电池的电 流很小,由欧姆定律可知:此时太阳能电池的电阻很大。当电 压为2.80 V时,通过太阳能电池的电流约为2.8 mA,由欧姆定

律可知:此时太阳能电池的电阻约为
R? U 2.8 V 3 ? ? 1.0 ? 10 ?。 ?3 I 2.8 ?10 A

答案:(1)见解析
(2)很大 1.0×103(965~1 040都对)


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