第七章 学案36 实验

实验学案36 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验目的1描绘小灯泡的伏安特性曲线2分析伏安特性曲线的变化规律实验原理1用_测出流过小灯泡的电流，用_测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在UI坐标系中描出各对应点，用_的曲线将这些点连接起来图12电路的选择：本实验用伏安法测量在不同电压下灯丝的电流和电压，描绘出伏安特性曲线由于使用的小灯泡是“3.8 V，0.3 A”的，正常发光时灯丝电阻约为13 ，阻值较小，因此应该用电流表_电路；由于要测小灯泡在不同电压下的电流、电压，电压取值范围要尽量大，因此滑动变阻器应该用_接法电路电路图如图1所示实验器材学生电源(46 V直流)、小灯泡“4 V，0.7 A”或“3.8 V，0.3 A”、电流表(内阻较小)、电压表(内阻很大)、开关和导线、_、坐标纸、铅笔实验步骤1确定电流表、电压表的量程，照图1连好电路(注意开关应_，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为_)2闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I的值3用同样的方法测量并记录约12组U值和I值4断开开关S，整理好器材5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，连接各点得到IU图线(注意：连接各点时，不要出现折线)数据处理根据测量的数据把电压表和电流表的各组数据填入下表中，然后作出IU图线.次数123456789101112电压U/V电流I/A实验结论描绘出的图线是一条_它的斜率随电压的增大而_，这表明小灯泡的电阻随电压(温度)升高而_灯丝的电阻率随温度的升高而增大灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随小灯泡两端电压的升高而明显增大，其IU图线不再是过原点的直线注意事项1本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，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接法：目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化3IU图线在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差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误差分析1测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值大2描绘IU图线时作图不准确造成的偶然误差3测量时读数不准确和在坐标纸上描点不准确引起的误差题型一实验仪器及电路的选择【例1】 (2010海淀模拟)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：器材规格器材规格小灯泡标有“3.8 V，0.3 A”字样滑动变阻器R1最大阻值10 ，额定电流1.0 A电压表V量程05 V，内阻约5 k滑动变阻器R2最大阻值 1 k，额定电流0.5 A电流表A1量程0100 mA，内阻约4 直流电源E电动势约为6 V，内阻约为0.5 电流表A2量程0500 mA，内阻约0.4 导线、电键等(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_，电流表应选_(2)在图2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路图2图3(3)利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中，描绘出了如图3所示的小灯泡的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是(图中P为小灯泡功率)()规范思维题型二伏安特性曲线的描绘及实验结果的应用【例2】 影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律(1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验()(2)由(1)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示根据表中数据请在图4中作出元件Z的IU图线.U/V00.400.600.801.001.201.501.60I/A00.200.450.801.251.802.803.20图4根据Z的IU图线可判断元件Z是金属材料还是半导体材料？图5把元件Z和电阻R接入如图5所示的电路中，由实验测得电阻R的IU图线如图4所示已知电源的电动势E1.5 V，内阻不计闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为_W.规范思维针对训练(2011广东34(2)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，导线若干粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_倍率的电阻挡(请填写“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6，结果为_.图6实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图7完成实物图8中的连线图7图8开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于_端，为使小电珠亮度增加，P应由中点向_端滑动下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象，必须在相邻数据点_间多测几组数据(请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”).数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244图91(2009天津理综3)为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图9所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的UI图象应是()2(2009浙江高考22)如图10所示，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接图103(2011天津塘沽区模拟)表格中所列数据是测量小灯泡UI关系的实验数据：U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图11中的_(选填“甲”或“乙”)；图11(2)在如图12所示的方格纸内画出小灯泡的UI曲线分析曲线可知小灯泡的电阻值随I变大而_(选填“变大”、“变小”或“不变”)；图12图13(3)如图13所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3 V的电源上已知流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流约为_A.4(2009福建理综19(2)某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件图14为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材(代号)规格 电流表(A1)量程050 mA，内阻约为50 电流表(A2)量程0200 mA，内阻约为10 电压表(V1)量程03 V，内阻约为10 k电压表(V2)量程015 V，内阻约为25 k滑动变阻器(R1)阻值范围015 ，允许最大电流1 A滑动变阻器(R2)阻值范围01 k，允许最大电流100 mA直流电源(E)输出电压6 V，内阻不计开关(S)、导线若干图14(1)为提高实验结果的准确程度，电流表应选用_；电压表应选用_；滑动变阻器应选用_(以上均填器材代号)(2)为达到上述目的，请在虚线框图15中画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号图15(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：_.不同点：_.5(2011梅州模拟)小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象，用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线实验可供选择的器材有：A小灯泡(规格为“2.5 V，1.2 W”)B电流表A(量程为00.6 A，内阻为1 )C电压表V(量程为03 V，内阻未知)D滑动变阻器(010 ，额定电流为1 A)E滑动变阻器(05 ，额定电流为0.5 A)F电源(E3 V，内阻不计)G定值电阻R0(阻值R06 )H开关一个和导线若干(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量消除系统误差，在方框内画出实验电路图(2)实验中，应该选用的滑动变阻器是_(填写器材前字母代号)图16(3)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：(I是电流表A的示数，U是电压表V的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压)请通过计算补全表格中的空格，然后在图16中画出小灯泡的伏安特性曲线I/A0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.080.150.250.400.600.901.301.852.503.00U灯/V(4)该同学将与本实验中一样的两个小灯泡以及给定的定值电阻R0三者一起串联接在本实验中提供的电源两端，则每个灯泡的实际功率是_W.6(2011济南市高三模拟)某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：U/V0.000.200.501.001.502.002.50I/A0.000.100.200.300.360.380.40现备有下列器材：A低压直流电源：电压6 V，内阻不计B电流表：量程为00.6 A3 A，0.6 A内阻约为10 ，3 A内阻约为2 C电压表：量程为03 V15 V，3 V内阻约为7.2 k，15 V内阻约为36 kD滑动变阻器：阻值为010 ，额定电流为3 AE电键K，导线若干(1)按提供的器材，在实物图17(a)上连接正确的实验电路，要求测量误差尽可能小图17(2)利用这些数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图17(b)所示，分析曲线说明通过电器元件Z的电流随电压变化的特点(3)若把电器元件Z接入如图17(c)所示的电路中时，通过Z的电流为0.10 A，已知A、B两端电压恒为1.5 V，则此时灯泡L的功率为_W.实验学案36描绘小灯泡的伏安特性曲线【基础自主落实】实验原理1电流表电压表一条平滑2外接法分压式实验器材滑动变阻器实验步骤1断开零实验结论曲线减小增大【热点题型精析】例1 (1)R1A2(2)见解析图(3)BD解析(1)为方便电路调节，滑动变阻器应选择R1；小灯泡正常工作时I额0.3 A300 mA100 mA，故电流表应选A2.(2)因为要求小灯泡上的电压从0开始增大，滑动变阻器应选用分压式接法；而小灯泡正常工作时R灯 13 RV5 k，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示(3)在IU图象中，图线斜率逐渐减小，小灯泡的R逐渐增大；由P知在PU2图象中，图线的斜率应逐渐减小，故B正确；由PI2R在PI2图象中图线的斜率R应逐渐增大，故D正确规范思维(1)电路选择要根据具体的情况来进行确定(2)实验原理是确定电路的首要条件(3)各个用电器的作用要明确，选择电路要根据需要来进行选择例2 (1)A(2)见解析图半导体材料0.64(0.600.68)解析(1)由测量的数据及题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图(2)描点画出元件Z的IU图线如下图曲线所示由IU图线可知，Z是半导体材料当电流强度为0.80 A时，元件Z两端的电压为0.80 V，定值电阻R上的电压为0.70 V，此时元件Z上消耗的电功率为0.64 W.规范思维(1)在描绘伏安特性曲线时应连成平滑的曲线，而不能是折线如果这些点大致在一条直线上，则应描成一条直线，让不在直线上的点均匀分布在直线两侧(2)从IU图线判断元件的电阻变化，进而判断材料性质针对训练17.5如解析图所示abab解析小电珠(2.5 V，0.6 W)对应电阻为R 10.4 ，所以选“1”挡电流表的电阻也就几欧，与电压表几千欧相比，小电珠的电阻算小电阻，所以电流表必须外接，伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大，所以滑动变阻器必须采用分压接法从a端开始，电压为零，向b端移动，对小电珠所加电压逐渐变大ab之间电流增加了0.122 A，其他各段电流增加了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【课时效果检测】1C小灯泡中的电流逐渐增大时灯丝的温度升高，其电阻率增大，导致电阻R增大只有C选项对2见解析解析滑动变阻器应采用分压式接法，如图所示3(1)甲(2)UI曲线见解析变大(3)0.21解析(1)从表中数据可看出，小灯泡两端电压可以从零开始调节，这说明滑动变阻器应选用分压式接法，故应选用甲图(2)在方格纸上根据UI数据描点、连线，其UI图象如下图所示随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大(3)因流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流是流过灯泡L2电流的3倍，而灯泡L1、L2两端的电压之和为3 V，在(2)描出的UI图象中，找出一个电流I对应的电压U1，再找出3I对应的电压U2，直到U1U23 V为止最后得出结果，流过灯泡L1的电流约为0.21 A.4(1)A2V1R1(2)电路图如下图所示(3)伏安特性曲线都是非线性的小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值减小解析(1)从图中所给的伏安特性曲线看出，最大电流不超过0.14 A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1 A0.4 A1 A，而R2的阻值太大，所以选择R1.(2)待测元件的电阻满足RA0.5 A，故滑动变阻器应选用D.(3)由第(1)问中所画电路图分析可得：U灯UIRA，则可根据表中数据求出U灯，并画出U灯I图线如下图所示.I/A0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.080.150.250.400.600.901.301.852.503.00U灯/V0.030.050.100.200.350.600.951.452.052.52(4)在同一坐标系中作出2U灯IR0E的图线，根据此图线与灯泡的U灯I图线的交点可得此时灯泡的电压U灯0.6 V，电流I0.3 A所以，灯泡的实际功率为PU灯I0.6 V0.3 A0.18 W.6(1)如下图所示(2)电流随电压的增大非线性增大(3)0.13