物理总第八章 恒定电流 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线实验九描绘小电珠的伏安特性曲线注意事项注意事项1. .电流表外接法：电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，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。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滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出本实验要作出IU图象，要求测出一组包括零在内的电流、图象，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。电压值，故控制电路必须采用分压接法。3.保护元件安全：保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑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端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。定电压。误差分析误差分析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。电流值大于真实值。2. .测量时读数带来误差。测量时读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来误差。在坐标纸上描点、作图带来误差。热点一教材原型实验热点一教材原型实验【例【例1】有一个小电珠上标有有一个小电珠上标有“4 V2 W”的字样，现在要用的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的伏安法描绘这个电珠的IU图线。有下列器材供选用：图线。有下列器材供选用：A. .电压表电压表(05 V，内阻，内阻10 k)B. .电压表电压表(010 V，内阻，内阻20 k)C. .电流表电流表(00.3 A，内阻，内阻1 )D. .电流表电流表(00.6 A，内阻，内阻0.4 )E. .滑动变阻器滑动变阻器(5 ，1 A)F. .滑动变阻器滑动变阻器(500 ，0.2 A)(1)实验中电压表应选用实验中电压表应选用_，电流表应选用，电流表应选用_。(用序用序号字母表示号字母表示)(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，滑动变阻器应选用数据，滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示用序号字母表示)(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把图请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把图1中所示的中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。实验器材用实线连接成相应的实物电路图。图图1(2)由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，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，故选小的滑动变阻器，故选E。答案答案(1)AD(2)E(3)图见解析图见解析1. .滑动变器的选取：滑动变器的选取：在分压电路中，一般选用全电阻小在分压电路中，一般选用全电阻小于用电器电阻的滑动变阻器。在限流电路中，一般选于用电器电阻的滑动变阻器。在限流电路中，一般选用全电阻和用电器电阻相差不多或大几倍的滑动变阻用全电阻和用电器电阻相差不多或大几倍的滑动变阻器。器。2.滑动变阻器的两种连接方式滑动变阻器的两种连接方式3.两种接法的适用条件两种接法的适用条件(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小阻还小)。(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动一般比滑动变阻器的最大电阻要大变阻器的最大电阻要大)。(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。式接法。【变式训练【变式训练1】(2017全国卷全国卷，23)某同学研究小灯泡的伏某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡安特性，所使用的器材有：小灯泡L(额定电压额定电压3.8 V，额定电，额定电流流0.32 A)；电压表；电压表 (量程量程3 V，内阻，内阻3 k)；电流表；电流表 (量程量程0.5 A，内阻，内阻0.5 )；固定电阻；固定电阻R0(阻值阻值1 000 )；滑动变阻器；滑动变阻器R(阻值阻值09.0 )；电源；电源E(电动势电动势5 V，内阻不计，内阻不计)；开关；开关S；导线若干。导线若干。(1)实验要求能够实现在实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。行测量，画出实验电路原理图。(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图2 a所示。所示。图图2由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(填填“增增大大”“不变不变”或或“减小减小”)，灯丝的电阻率，灯丝的电阻率_(填填“增大增大”“不变不变”或或“减小减小”)。(3)用另一电源用另一电源E0(电动势电动势4 V，内阻，内阻1.00 )和题给器材连接成和题给器材连接成图图b所示的电路，调节滑动变阻器所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关的实际功率。闭合开关S，在，在R的变化范围内，小灯泡的最小的变化范围内，小灯泡的最小功率为功率为_ W，最大功率为，最大功率为_ W。(结果均保留两结果均保留两位小数位小数)(3)当滑动变阻器的阻值最大为当滑动变阻器的阻值最大为9.0 时，电路中的电流最小，时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由灯泡实际功率最小，由EUI(Rr)得得U10I4，作出，作出图线图线如图所示。如图所示。答案答案(1)见解析见解析(2)增大增大增大增大(3)0.39 W1.17 W2.实验对象的变迁实验对象的变迁热点二实验拓展创新热点二实验拓展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，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。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。关系。3. .数据处理方式的改进数据处理方式的改进采用采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。【例【例2】如图】如图3甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的UI关系曲线图。关系曲线图。(1)在图乙中画出实验电路图在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到根据该电路图可得到UI关系的关系的完整曲线完整曲线)，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器变阻器(变化范围变化范围050 )、电动势为、电动势为6 V的电源的电源(不计内阻不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。小灯泡、电键、导线若干。图图3图图4 (2)如果将该小灯泡分别接入图如果将该小灯泡分别接入图4甲、乙两个不同电路，其中甲、乙两个不同电路，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，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每节干电池的电动势为1.5 V，内电阻为，内电阻为1.5 ，定值电阻，定值电阻R18 。则接入。则接入_(填填“甲甲”或或“乙乙”)电路时，小灯泡较亮些。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他条件不变，则此时电源内部的发热功率为_W。解析解析由于要画出由于要画出UI关系的完整曲线，必须用分压接法画出实关系的完整曲线，必须用分压接法画出实验电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的验电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的UI关系曲线图上画出电源关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的UI关系的曲线交点即为关系的曲线交点即为工作点。显然接入图工作点。显然接入图4甲电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些。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在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为PUI10.15 W0.15 W。若将电路乙中的电阻若将电路乙中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，可等效为电动势为不变，可等效为电动势为2.25 V、内阻为、内阻为2.25 的电池连接一个灯的电池连接一个灯泡，在小灯泡灯丝电阻的泡，在小灯泡灯丝电阻的UI关系曲线图上画出电源关系曲线图上画出电源(电动势电动势2.25 V，内阻，内阻2.25 )的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的UI关系关系曲线交点对应的横坐标值为电源输出电流曲线交点对应的横坐标值为电源输出电流I0.26 A，此时电源内，此时电源内部的发热功率为部的发热功率为PI2r0.2624.5 W0.30 W。答案答案(1)实验电路图如图所示。实验电路图如图所示。(2)甲甲(3)0.15(4)0.30【变式训练【变式训练2】2016天津理综，天津理综，9(3)某同学想要描绘标有某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：还有：电压表电压表V1(量程量程03 V，内阻等于，内阻等于3 k)电压表电压表V2(量程量程015 V，内阻等于，内阻等于15 k)电流表电流表A1(量程量程0200 mA，内阻等于，内阻等于10 )电流表电流表A2(量程量程03 A，内阻等于，内阻等于0.1 )滑动变阻器滑动变阻器R1(010 ，额定电流，额定电流2 A)滑动变阻器滑动变阻器R2(01 k，额定电流，额定电流0.5 A)定值电阻定值电阻R3(阻值等于阻值等于1 )定值电阻定值电阻R3(阻值等于阻值等于1 )定值电阻定值电阻R4(阻值等于阻值等于10 )定值电阻定值电阻R5(阻值等于阻值等于1 k)电源电源E(E6 V，内阻不计，内阻不计)(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。旁。(2)该同学描绘出的该同学描绘出的IU图象应是下图中的图象应是下图中的_。答案答案(1)如图所示如图所示(2)B1.如图如图5是小红同学在做是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实验的实物连接图。实物连接图。图图5图图6(1)根据图根据图5在虚线框内画出实验电路图；在虚线框内画出实验电路图；(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调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图6中中的、所示，电流表量程为的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为，电压表量程为3 V。所示读数为：。所示读数为：_、_、_、_。两组数据得到的电阻分别为。两组数据得到的电阻分别为_和和_。解析解析(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线需要测量电压范围大，描绘小灯泡的伏安特性曲线需要测量电压范围大，变阻器用分压接法，小灯泡电阻比较小，电流表要外接，电变阻器用分压接法，小灯泡电阻比较小，电流表要外接，电路图如图所示。路图如图所示。答案答案(1)见解析见解析(2)0.10 A(0.100.02均可均可) 0.24 A2.00 V0.27 V(0.270.01均可均可)；8.3 (8.30.1均可均可)2.7 (2.70.1均可均可)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，该电学元件上标有件上标有“最大电流不超过最大电流不超过6 mA，最大电压不超过，最大电压不超过7 V”，同学，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一部分电路如图7所示，图中定值电阻所示，图中定值电阻R1 k，用于限流；，用于限流；电流表量程为电流表量程为10 mA，内阻约为，内阻约为5 ；电压表；电压表(未画出未画出)量程为量程为10 V，内阻约为，内阻约为10 k；电源电动势；电源电动势E为为12 V，内阻不计。，内阻不计。图图7(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：实验时有两个滑动变阻器可供选择：A. .阻值阻值0200 ，额定电流，额定电流0.3 AB. .阻值阻值020 ，额定电流，额定电流0.5 A应选的滑动变阻器是应选的滑动变阻器是_(填填“A”或或“B”)。正确接线后，测得数据如下表：正确接线后，测得数据如下表：12345678910U/V0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40I/mA0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50(2)由以上数据分析可知，电压表应并联在由以上数据分析可知，电压表应并联在M与与_之间之间(填填“O”或或“P”)；(3)将电路图在虚线框中补充完整；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 的 特 点 是 ：从 表 中 数 据 可 知 ， 该 电 学 元 件 的 电 阻 的 特 点 是 ：_。(3)描绘伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻描绘伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由器应采用分压接法，由(2)可知，电流表采用内接法，实验电可知，电流表采用内接法，实验电路图如图所示：路图如图所示：解析解析(1)滑动变阻器滑动变阻器A允许的最大电压为允许的最大电压为0.3200 V60 V12 V，滑动变阻器，滑动变阻器B两端所能加的最大电压为两端所能加的最大电压为0.520 V10 V12 V，为保证安全，滑动变阻器应选，为保证安全，滑动变阻器应选A。(4)由表中实验数据可知，当元件两端的电压小于由表中实验数据可知，当元件两端的电压小于6 V时，电路电时，电路电流很小，几乎为零，由欧姆定律可知，元件电阻非常大，不导流很小，几乎为零，由欧姆定律可知，元件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于电；当元件两端电压大于6 V时，随着电压的升高电流迅速增大，时，随着电压的升高电流迅速增大，电压与电流的比值减小，电阻变小。电压与电流的比值减小，电阻变小。答案答案(1)A(2)P(3)电路图见解析图电路图见解析图(4)当元件两端的电压当元件两端的电压小于小于6 V时，元件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于时，元件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于6 V时，随着电压的升高而电阻变小时，随着电压的升高而电阻变小