高考总复实验描绘小电珠的伏安特性曲线

,单击此处编辑母版文本样式,RJ,版,物理 新课标高考总复习,(,对应学生用书,P133),一、实验目的,描绘小电珠的伏安特性曲线,二、实验器材,小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导线、开关、坐标纸,三、实验原理,用电流表和电压表测出电珠在不同电压下的电流，建立,U,I,坐标系，描点连成直线或平滑曲线即得到小灯泡的伏安特性曲线,为了尽可能多取些数据点并减小实验误差，应选用电流表外接法，滑动变阻器分压接法电路，因本实验电压范围变化较大，使小电珠电压能从,0,开始,四、实验步骤,1,连接电路,将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如右图所示电路,2,测出小电珠在不同电压下的电流,(1),闭合开关,S,前，滑动变阻器触头应移到最左端，以使开关闭合时小电珠电压能从,0,开始变化；同时，这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝,(2),移动滑动变阻器触头的位置，测出,12,组不同的电压值,U,和电流值,I,，并将测量数据填入表格,.,U,/V,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,I,/A,0,U,/V,1.6,2.0,2.4,2.8,3.2,3.6,3.8,I,/A,I,U,图线在,U,0,1.0 V,左右将发生明显弯曲，故在,U,1.0 V,左右测绘点要密，否则将出现很大误差,3,画出伏安特性曲线,(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,4,拆除电路，整理仪器,问题探究描绘出小电珠的伏安特性曲线后，曲线上各点对应的曲线的斜率是否表示小电珠在该电压下的电阻值？若是，说明理由；若不是，如何表示该电压下的电阻值？,电路连接是关键，先串后并把线连，滑动变阻要分压，,A,表外接减误差，电压从零开始变，,U,I,坐标连曲线，要对图线细研究，得出规律记心间,(,对应学生用书,P134),要点一,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来误差,2.,电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数,3.,在坐标纸上描点，作图带来误差,要点二,注意事项,1.,电路的连接方式,(1),电流表应采用外接法：因为小电珠,(3.8 V,0.3 A),的电阻很小，与,0,0.6 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连接，目的是为了使小电珠两端的电压能从,0,开始连续变化,2.,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烧坏灯丝,3.,I,U,图线在,U,0,1.0 V,左右将发生明显弯曲，故在,U,1.0 V,左右绘点要密，以防出现很大误差,4.,电流表选择,0.6 A,量程电压表量程选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是,“,3.8 V,0.3 A,”,的小电珠，选用电压表,15 V,的量程；若使用,“,2.5 V,0.6 A,”,的小电珠，则选用电压表,3 V,的量程,5.,保持小电珠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,6.,误差较大的点要舍去，,I,U,应是平滑曲线而非折线,7.,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,下表中所列数据是测量小灯泡,U,I,关系的实验数据：,(1),分析上表内的实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的,_(,填,“,甲,”,或,“,乙,”,),；,(2),试分析所选实验电路图存在误差的原因,U,(V),0.0,0.2,0.50,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,I,(A),0.000,0.050,0.100,0.150,0.180,0.195,0.205,0.215,解析,(1),从表格中的数据可以看出，小灯泡的电压和电流从零开始逐渐变化甲图所示电路中滑动变阻器采用分压接法，可以获得从零开始变化的电压，符合图中数据的要求所以应选用的实验电路图是甲图,(2),由甲图可知，电流表的分压会造成实验误差，因为小灯泡的电阻较小，和电流表内阻相差不太大，电流表最好用外接方式,答案,(1),甲,(2),见解析,(,对应学生用书,P134),题型一,实验操作及实验数据分析,例,1,(2011,福建,),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：,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,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 ,，额定电流,1.0 A),，,L,为待测小电珠，,V,为电压表,(,量程,6 V,，内阻,20 k),，,A,为电流表,(,量程,0.6 A,，内阻,1 ),，,E,为电源,(,电动势,8 V,，内阻不计,),，,S,为开关,.,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；,(,填,“,左,”,或,“,右,”,),.,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,点到,3,点,”,的导线,),.,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,_,(,填,“,不变,”,、,“,增大,”,或,“,减小,”,),尝试解答,根据小电珠的规格标称值可算出其正常工作时的电阻为,12 ,，测电阻应选欧姆,1,挡,开关闭合前，应保证小电珠电压不能太大，故应调滑片在最左端使小电珠电压从零开始电表示数总调不到零，可知电源总是对电表供电，因此可知,1,点和,5,点间没有连接好，连成了限流式接法，这也是限流式与分压式接法的最显著区别伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，由图可知，随着电压的增大，曲线斜率减小，小电珠电阻增大,答案,D,.,左,.1,；,5(,或,5,；,1),.,增大,题型二,实验方法和原理的迁移,例,2 (2011,佛山模拟,),为了测定和描绘一只标有,“,220 V,40 W,”,的白炽灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈,L,，绕在闭合的环形铁芯上输入端接在,220 V,交流电源的火线和零线间，输出端有一个滑动触头,P,，移动它的位置，就可以使输出电压在,0,250 V,之间连续变化，如图中画出的是调压变压器的电路图符号实验室内备有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导线等实验必备器材,(1),在上图中完成实验电路图，要求在额定电压下测得的数据误差尽量小,(2),说明按你的实验电路进行测量时，在电压较高段与电压较低段进行比较，哪段的系统误差较大？为什么？,(3),如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如右图所示，试根据图线确定：把两只完全相同的,“,220 V,40 W,”,的白炽灯串联接在,220 V,交流电源的火线和零线间时，两只灯所消耗的总功率是多大？,尝试解答,(1),该设计是,“,描绘小灯泡的伏安特性曲线,”,实验知识的迁移和拓展，将变压器接入电路，开关接火线，采用伏安法测出,U,、,I,值，安培表内接,(2),在电压较低段误差大因为电压低时灯泡消耗的实际功率小，灯丝温度低，电阻小，对内接法而言，安培表的分压大，系统误差大,(3),两只白炽灯串联后分压各为,110 V,，由灯泡的伏安特性曲线可读出此时的工作电流约为,0.15 A,故,P,0.15,110,2 W,33 W.,答案,(1),如右图所示,(2),在电压较低段误差大因为电压低时灯泡消耗的实际功率小，灯丝温度低，电阻小，对内接法而言，安培表的分压大，系统误差大,(3)33 W,(,对应学生用书,P135),1,描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如右图所示，所用小电珠的额定电压是,3.8 V.,关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是,(,),A,系统误差主要是由电压表的分流引起的,B,系统误差主要是由电流表的分压引起的,C,系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的,D,系统误差主要是由读数时的估读引起的,解析,由于小电珠的电阻比较小，所以采用电流表外接的方法此时电压表的测量值是准确的，但是电流表的测量值和真实值相比要大，原因是电压表分流,答案,A,2,在,“,描绘小电珠的伏安特性曲线,”,的实验中备有下列器材：,A,小电珠,(3.8 V,1.5 W),B,直流电源,(,电动势,4.5 V,，内阻约,0.4 ),C,电流表,(,量程,0,500 A,，内阻约,0.5 ),D,电压表,(,量程,0,5 V,，内阻约,5000 ),E,滑动变阻器,R,1,(0,5 ,，额定电流,2 A),F,滑动变阻器,R,2,(0,50 ,，额定电流,1 A),G,开关一个，导线若干,如果既要满足测量要求，又要使测量误差较小，应选择如下图所示的四个电路中的,_,，应选用的滑动变阻器是,_,解析,由于伏安特性曲线中的电压和电流均要从零开始测量，所以滑动变阻器应选用分压式，分压式接法适用于测量较大阻值电阻,(,与滑动变阻器的总电阻相比,),，由于,R,1,R,L,/,R,A,，所以安培表应该选用外接法,答案,丙,R,1,(,或,E),3,(2011,海淀模拟,),如下图甲为某同学测绘额定电压为,2.5 V,的小电珠的,I,U,图线实验电路图,(1),根据电路图，用笔画线代替导线，将图乙中的实物图连接成完整实验电路,(2),开关,S,闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于,_(,选填,“,A,端,”,、,“,B,端,”,或,“,AB,正中间,”,),(3),已知小电珠灯丝在,27,时电阻值约为,1.5 ,，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比,(,热力学温度,T,与摄氏温度,t,的关系为,T,273,t,),，根据右图画出的小电珠,I,U,特性曲线，估算该电珠以额定功率工作时灯丝的温度约为,_(,保留两位有效数字,),解析,对于分压电路，开关,S,闭合前，应该将滑动变阻器的滑片置于最左端,(,A,端,),，使待测电路上电压为零由灯丝电阻与热力学温度成正比可得,R,kT,，当灯丝温度为,300 K,时电阻为,1.5 ,可得,k,0.005.,由小电珠的,I,U,特性曲线可得当电压为,2.5 V,时灯丝中电流约为,0.265 A,根据欧姆定律可得出灯丝电阻,R,U,/,I,9.4 ,，由,R,kT,解得此时灯丝热力学温度,T,R,/,k,1880 K,，即灯丝温度约为,t,T,273,16071.6,10,3,.,答案,(1),实物连线图如下图所示,(2),A,端,(3)1.6,10,3,4,(2010,安徽理综,),.(1),在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图,1,所示，读数为,_mm.,(2),在用单摆测定重力加速度实验中，用游标为,20,分度的卡尺测量摆球的直径，示数如图,2,所示，读数为,_cm.,.,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,1,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,2,的,I,U,图象，由图可知，当电压小于,2.00 V,时，太阳能电池的电阻,_(,填,“,很大,”,或,“,很小,”,),；当电压为,2.80 V,时，太阳能电池的电阻约为,_.,解析,.,略,.(1),描述某个电学元件的伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压式接法，以保证电学元件两端的电压能从零开始调节，电路图见答案,答案,.(1)0.617(0.616,0.619),(2)0.675,.(1),连线如图,(2),很大,1.0 10,3,(965,1040),表,(a),实验器材,电压表,V,量程,3 V,，内阻约,3 k,电流表,A,1,量程,3 A,，内阻约,0.5 ,电流表,A,2,量程,0.5 A,，内阻约,3.0 ,滑动变阻器,R,1,0,500 ,滑动变阻器,R,2,0,10 ,电源,E,电动势,4.0 V,开关,S,和导线,表,(b),实际测量的电压、电流值,次数,1,2,3,4,5,6,7,U,/V,0.20,0.60,1.00,1.40,1.80,2.20,2.70,I,/mA,80,155,195,227,255,279,310,通过表,(b),中记录的数据进行分析，请完成下列实验要求：,(1),根据表,(b),中的实验数据，在给出的方格纸内画出,U,I,图线，并从图线上分析得到该灯的额定电压为,_,；,(2),从表,(b),中的实验数据可以分析，该同学实验时所选择的最合理的电路应为下列四个电路图中的图,_,；所用的电流表为,_,；滑动变阻器为,_,解析,(1),根据表,(b),中的数据，找坐标点，得如图所示图线,因额定功率为,0.75 W,，由图知，当电流为,300 mA,时，电压为,2.5 V,，此时功率,P,UI,0.75 W,，故该灯的额定电压为,2.5 V.,(2),因表,(b),中电压从,0.20 V,开始增大，电路采用限流式不能得到低电压，故电路采用分压式；又待测灯泡的阻值较小，只能采用电流表外接法，故图,C,符合要求；因电流最大为,310 mA,，故电流表应选,A,2,；电路采用分压式，应取小阻值滑动变阻器，故应选,R,2,.,答案,(1),图线见解析,2.5 V,(2)C,A,2,R,2,6,(2012,洛阳四校联考,),如图所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的,U,I,关系曲线图。,(1),在上框中画出实验电路图,(,根据该电路图可得到,U,I,关系的完整曲线,),，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑线变阻器,(,变化范围,0,50),、电动势为,6V,的电源,(,不计内阻,),、小灯泡、电键、导线若干。,(2),如果将该小灯泡分别接入甲、乙两个不同电路，如图所示，其中甲电路的电源为一节干电池，乙电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为,1.5 V,，内电阻为,1.5 ,，定值电阻,R,18 ,，则接入,_(,选填,“,甲,”,或,“,乙,”,),电路时，小灯泡较亮些。,(3),在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为,_W.,(4),若将电路乙中的电阻,R,替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此时电源内部的发热功率为,_W.,解析,由于要画出,U,I,关系的完整曲线，必须用分压接法画出实验电路图分别在小灯泡灯丝电阻为,U,I,关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻为,U,I,关系曲线交点即为工作点，显然接入甲电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为,P,UI,10.15W,0.15W.,若将电路乙中的电阻,R,替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，可等效为,1.5,节干电池连接一个灯泡，在小灯泡灯丝电阻的,U,I,关系曲线图上画出电源,(,电动势,2.25V,，内阻,2.25),的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的,U,I,关系曲线交点对应的横坐标值为电源输出电流,I,0.25A,，此时电源内部的发热功率为,P,I,2,r,0.25,2,4.5W,0.28W.,答案,(1),实验电路图如图所示,(2),甲,(3)0.15,(4)0.28,