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第23讲电学实验(1),实验(9),实验(10),测绘小灯泡的伏安特性曲线 核心知识整合 1.实验原理图,实验(9),实验(10),2.实验目的 (1)练习使用电流表和电压表。 (2)描绘小灯泡的伏安特性曲线。 (3)根据伏安特性曲线分析电流随电压变化的规律。 3.实验原理 (1)通过调整滑动变阻器,改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流,用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,绘制小灯泡的伏安特性曲线,进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律。 (2)小灯泡电阻较小,所以电流表应采用外接法连入电路。 (3)电压应从“0”开始变化,所以滑动变阻器采用分压式接法。,实验(9),实验(10),4.实验器材 小灯泡“3.8 V0.3 A”、电压表“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 A”、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。,实验(9),实验(10),5.实验步骤 (1)画出实验电路图。 (2)检查电表的指针是否指在“0”刻度线,若不是,应先进行机械调零。 (3)将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成闭合电路。 (4)调整滑动变阻器的滑片,使其处在合上开关时小灯泡两端的电压为零的位置上。 (5)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压由零增大至额定电压,分别读出上述过程中电压表、电流表的读数,同时观察小灯泡的发光情况,并将测量数据填入自己设计的表格中。拆除实验电路,整理实验器材。,实验(9),实验(10),6.数据处理 在坐标纸上以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系,并根据表中数据描点,用平滑的曲线连接各点得到I-U图线。 7.注意事项 (1)本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此滑动变阻器采用分压接法。 (2)本实验中,因被测小灯泡的电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法。 (3)实验时要根据小灯泡的额定电压选择电压表的量程。 (4)因小灯泡的伏安特性曲线不是直线,故闭合开关,调节变阻器滑片的位置使小灯泡的电压逐渐增大时,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5 V)时,读取一次电流值,不能任意调节电压、电流读数;但在U=1 V左右要适当多测几组数据(此时I-U曲线明显变化)。,实验(9),实验(10),(5)开关闭合前滑动变阻器的滑片应在灯泡两端电压为零的位置。 (6)两坐标轴选取的标度要合理,尽可能使根据数据画出的图线占满坐标纸,描点连线时要用平滑的曲线连线,注意曲线的斜率不是此状态下小灯泡的电阻。,实验(9),实验(10),关键能力提升 命题点一实验原理与操作 【例1】 在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中,小灯泡额定电压为2.5 V、电流为0.3 A。,实验(9),实验(10),(1)部分连线的实物照片如图甲所示,请完成实物连接图; (2)某次实验中,当电流表的示数为0.18 A,电压表的指针如图乙所示,则电压为 V,此时小灯泡的功率是 W; (3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的(填字母)。,实验(9),实验(10),答案:(1)如解析图所示(2)1.500.27(3)C,解析:(1)本实验中滑动变阻器应用分压式接法,由于电灯泡是小电阻,电流表应该外接,所以如图所示; (2)两节电池电动势为3 V,电压表量程选择3 V,最小刻度为0.1 V,为十分之一估读法,读为1.50 V,灯泡功率为P=UI=0.181.50 W= 0.27 W; (3)在伏安特性曲线中,电阻大小为 ,且通电时间越长,电阻越大,斜率越小,选项C正确。,实验(9),实验(10),方法技巧滑动变阻器限流式接法和分压式接法(电池内阻不计),实验(9),实验(10),【例2】 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,实验室提供了以下器材: A.小灯泡(3.8 V,0.3 A) B.滑动变阻器(5 ,2 A) C.电流表(00.5 A,内阻约0.4 ) D.电压表(05 V,内阻约10 k) E.开关及导线若干 (1)为实验测量误差尽可能小,电流表应选用(选填“内”或“外”)接法; (2)为使小灯泡两端电压从零开始连续变化,滑动变阻器应选用 (选填“限流式”或“分压式”)接法;,实验(9),实验(10),(3)综上所述,应选择甲图中的电路进行实验;,实验(9),实验(10),(4)利用实验数据画出了如乙图所示的小灯泡伏安特性曲线。图中,坐标原点O到P点连线的斜率表示,P点横纵坐标的乘积表示。则根据此图给出的信息可知,随着小灯泡两端电压的升高,小灯泡的电阻(选填“变大”“变小”或“不变”)。,实验(9),实验(10),思路点拨电流表、电压表测电阻两种接法的比较选择,实验(9),实验(10),实验(9),实验(10),答案:(1)外接法(2)分压式(3)B (4)P状态灯丝电阻的倒数P状态灯泡实际消耗的功率变大 解析:(1)灯泡正常发光时的电阻: ,电流表内阻约为0.4 ,电压表内阻约为10 k,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法。 (2)灯泡两端电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法。 (3)电流表采用外接法、滑动变阻器采用分压接法,则应采用图B所示实验电路。 (4)坐标原点O到P点连线的斜率表示小灯泡电阻的倒数,P点横纵坐标的乘积表示小灯泡消耗的电功率。则根据此图给出的信息可知,随着小灯泡两端电压的升高,小灯泡的电阻变大。,实验(9),实验(10),命题点二实验数据处理 【例3】 某实验小组利用图甲的实物连线图,做测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,该小组在实验时测得两组数据,第一组是电压从0逐渐增加到2.5 V,第二组是从2.5 V逐渐减小到0,将两组数据描在I-U图上,如图乙,第一组数据的数据点在图中是用(选填“”或“”)表示的。,实验(9),实验(10),另一实验小组用同样的电路实验,发现电压表示数的最大值只有1.5 V,检查电路正确并连接良好,而后将电路断开,用电压表直接接到这两节电池串联而成的电池组两端,电压表示数为3.00 V。请解释原因:。,答案:该实验小组所用的电池的内阻较大 解析:金属导体电阻随温度的变化而变化,第二组中由于开始时温度较高,故第二组在相同电压下测得的电阻应较大,第一组测出的电阻较小;因图象为I-U图象,其与原点连线的斜率表示电阻的倒数,故第一组数据是用表示的。直接测量时为电源的电动势,而在接入电路时输出电压较小,故说明电源内阻较大。,实验(9),实验(10),【例4】 (2017浙江名校协作体高二上)某实验小组进行“测绘小灯泡伏安特性曲线”的实验。所用小灯泡的额定电压为5 V,除了图甲中所提供的器材外,还有一个多用电表。,实验(9),实验(10),(1)先将小灯泡从电路中单独取出,用多用电表的欧姆挡测量其阻值,选择开关和指针位置如图乙所示,则小灯泡阻值为 。,实验(9),实验(10),(2)连接好如图甲所示的电路图,并使用多用电表的电压挡测量小灯泡的电压,红表笔应接触接线柱(选填“a”“b”或“c”)的金属部分,开关闭合前滑动变阻器滑片应置于变阻器的最端(选填“左”或“右”)。 (3)某同学根据测量结果绘制出的U-I图象如图丙所示,发现小灯泡在额定电压下的阻值跟多用电表测出的阻值相差较大,对这一结果解释合理的是() A.多用电表只能粗测阻值,测出的阻值很不准确 B.伏安法测电阻存在误差,所以由图丙得到的阻值很不准确 C.用多用电表来测电压存在误差,所以由图丙得到的阻值很不准确 D.由多用电表测的是常温下的灯泡阻值,而小灯泡在额定电压下发光时温度较高,阻值较大,答案:(1)1.2(2)b左(3)D,实验(9),实验(10),解析:(1)由图可知,欧姆表挡位为1,故读数为:1.21 =1.2 ; (2)电表在使用中应保证电流红进黑出,因此红表笔应接触b部分;由于实验中采用分压接法,因此开关闭合前滑片应置于变阻器最左端,以保证测量端电压最小; (3)由于灯泡电阻随温度的增大而增大,因此工作时测量电阻要大于用多用电表测出的数据,故D正确,ABC错误。,易错警示多用电表欧姆挡只能测量小灯泡在常温时的电阻,小灯泡正常工作后,温度升高,电阻升高,所以用多用电表欧姆挡测量出的小灯泡阻值,远远小于小灯泡铭牌上计算出的电阻值。,实验(9),实验(10),探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 核心知识整合 1.实验原理图 2.实验目的 (1)探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系 (2)熟悉螺旋测微器的使用和读数,实验(9),实验(10),3.实验原理 用控制变量法进行探究。保持横截面积和材料两个因素不变的条件下,改变导体长度,测出相应的电阻及导体长度,可得出电阻与导体长度关系。然后再依次研究电阻与另外两个因素的关系。 利用本实验结果,我们还可以测量导体的电阻率,如果要具体测量导体的电阻,为减小误差,要根据被测电阻的大小,合理选择电流表内接法或外接法。 如上图,a、b、c、d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,b、c、d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,用电压表分别测量a、b、c、d两端的电压,就能知道它们的电阻之比。,实验(9),实验(10),比较a、b的电阻之比与它们的长度之比;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。改变滑动变阻器阻值,可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论。,实验(9),实验(10),4.实验器材 被测金属导体、螺旋测微器(或其他刻度尺)、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器、导线。 5.实验步骤 (1)根据实验原理图,连接实物,让滑动变阻器接入电路部分电阻最大,闭合开关。 (2)移动滑动变阻器到某一位置,记录a、b、c、d四条不同的金属导体材料两端的电压。 (3)移动滑动变阻器位置若干次,每次都重新记录a、b、c、d四条不同的金属导体材料两端的电压。 (4)梳理记录的数据,探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系。,实验(9),实验(10),6.实验结论 导体的电阻与导体的长度成正比,导体的电阻与导体的横截面积成反比,导体的电阻与导体材料的性质有关。,实验(9),实验(10),关键能力提升 命题点一实验原理与操作 【例5】 (实验原理和操作)在探究导体电阻与其影响因素的定量关系的实验中: (1)某实验小组用如图甲所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究,a、b、c、d是四种金属丝。 实验小组讨论时,某同学对此电路提出异议,他认为,电路中应该串联一个电流表,只有测出各段金属丝的电阻,才能分析电阻与其影响因素的定量关系。你认为要不要串联电流表?并简单说明理由。,实验(9),实验(10),几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示,电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝,则金属丝d应为下表中的(用表中编号D、E、F表示)。,实验(9),实验(10),(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后,想测定某金属丝的电阻率。 已测得金属丝长度为l=80.00 cm,直径为d=1.6 mm。 按图乙所示连接好电路,测量金属丝的电阻R。改变滑动变阻器的阻值,获得六组I、U数据描在图丙所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R= ,该金属丝的电阻率=m (保留两位有效数字)。,实验(9),实验(10),实验(9),实验(10),答案:(1)不需要,串联电路的电流处处相等,电压与电阻成正比E (2)0.521.310-6 解析:(1)串联电路的电流处处相等,串联电阻两端电压与电阻成正比,不需要测出电流,根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小。 探究影响电阻的因素,应采用控制变量法,实验已选A、B、C的金属丝,根据控制变量法的要求,应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同,因此d应选表中的E。,实验(9),实验(10),实验(9),实验(10),命题点二实验数据处理 【例6】 小明用电学方法测量电线的长度。首先,小明测得电线铜芯的直径为1.00 mm,估计其长度不超过50 m(已知铜的电阻率为1.7510-8 m)。 现有如下实验器材:量程为3 V、内阻约为3 k的电压表;量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表;阻值为020 的滑动变阻器;内阻可忽略、输出电压为3 V的电源;阻值为R0=4.30 的定值电阻,开关和导线若干。 小明采用伏安法测量电线电阻,正确连接电路后,调节滑动变阻器,电流表的示数从0开始增加,当示数为0.50 A时,电压表示数如图甲所示,读数为 V。根据小明测量的信息,图乙中P点应该(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”),Q点应该(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)。小明测得的电线长度为 m。,实验(9),实验(10),答案:2.50接b接a31.4 解析:由题图可得电压表量程为3 V,最小精度0.1 V,有效数字应该保留到0.01 V,示数应为2.50 V;被测量电阻属于小电阻,电流表应该外接,P点接b,题中要求电流表能从0开始变化,所以采取分压接法,Q点应接a,根据 ,联立可知长度为31.4 m。,实验(9),实验(10),【例7】 为测定一段电阻丝的电阻率,设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝,R0是阻值为2 的保护电阻,滑片P与电阻丝接触始终良好。,实验(9),实验(10),实验(9),实验(10),(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d= mm。 (2)实验时闭合开关,调节P的位置,记录aP长度x和对应的电压U、电流I等相关数据,如下表:,实验(9),实验(10),答案:(1)0.400(0.3980.402均可) (2)1.310-6或1.210-6电流表的内阻为2.0 (电流表的内阻),1,2,1.(2018浙江温州十五校联合体高一下)某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,现有如下实验器材:量程为3 V、内阻约为3 k的电压表;量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表;阻值为020 的滑动变阻器;内阻可忽略、输出电压为3 V的电源;额定电压是2.5 V的小灯泡;开关和导线若干。,1,2,(1)该同学连接实验电路如图所示,闭合开关S前请老师检查,老师指出图中标示的、和五根连线中有两处错误,错误连线是(选填“”“”“”“”或“”)。 (2)正确连线后,闭合开关S前,应将滑动变阻器滑片C移到处(选填“A”或“B”)。调节滑动变阻器,电流表的示数从0开始增加,当示数为0.50 A时,电压表示数如图所示,读数为 V。,(3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的。,1,2,答案:(1)(2)A2.50(3)C 解析:(1)本题应采用滑动变阻器分压接法,同时电流表应采用外接法;电路图如题图所示;由图可知,线应接在滑动变阻器左下端接线柱上;导线应接在灯泡右侧接线柱或电流表接线柱上。 (2)实验开始时为了保证实验仪器的正常使用,需要将C拨到最左端,即A处,此时测量部分电压为零。电压表的最小分度为0.1 V,需要估读到0.01 V,故读数为2.50 V。 (3)由于灯泡内阻随温度的增大而增大,故对应的图象均为曲线,在I-U图象中应为斜率减小的曲线;故只有C正确。,1,2,2.(2018浙江11月选考)为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻Rx,小明设计了如图1所示的电路。 (1)实验时,闭合开关S,滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变,将c点先后与a、b点连接,发现电压表示数变化较大,电流表示数基本不变,则测量时应将c点接(选填“a点”或“b点”),按此连接测量,测量结果(选填“小于”“等于”或“大于”)Rx的真实值。 (2)根据实验测得的6组数据,在图2中描点,作出了2条图线。你认为正确的是(选填“”或“”),并由图线求出电阻Rx= 。(保留两位有效数字),1,2,1,2,答案:(1)a小于(2)7.5 解析:(1)由题中表述知,c先后与a,b试触,电压表变化比较大,故电流表的电阻对电路影响比较大,所以应该使用电流表外接法,即接a点,测量值比真实值偏小。 (2)根据电路的接法,当电流为零时电压表示数也为零,故图线过原点,选,由斜率的倒数即为电阻阻值可知,R=7.5 。,
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