2019高考物理一轮复习第八章恒定电流实验9描绘小电珠的伏安特性曲线课件新人教版.ppt

实验9描绘小电珠的伏安特性曲线 一 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 二 实验原理1 测多组小电珠的U I的值 并绘出I U图象 2 由图象的斜率反映电流与电压和温度的关系 三 实验器材学生电源 4 6V直流 或电池组 小电珠 3 8V 0 3A 电流表 电压表 滑动变阻器 开关 坐标纸 导线若干 四 实验步骤1 连接电路用导线连接成如图所示电路 2 移动滑动变阻器滑片的位置 测出多组电压值U和电流值I填入表格 3 拆除电路 整理仪器 五 数据处理1 在坐标纸上以U为横轴 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 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 六 误差分析1 系统误差 电表内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 七 注意事项1 电流表外接法 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 2 滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出U I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 3 保护元件安全 闭合开关S前 滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端 防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 命题点一 命题点二 命题点三 实验器材的选择实验器材的原则和注意事项1 仪器选择的一般步骤 1 首先选择唯一性的器材 2 粗画电路图 暂不接电流表和电压表 3 估算回路中电流和电压的最大值 在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下 结合已知器材的规格 确定实验电路和实验器材 2 实验器材的要求 1 电源允许的最大电流不能小于电路中的实际最大电流 2 用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流 3 电压表或电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值 4 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上 命题点一 命题点二 命题点三 例1 2016 天津卷 某同学想要描绘标有 3 8V0 3A 字样小灯泡L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 还有 电压表V1 量程0 3V 内阻等于3k 电压表V2 量程0 15V 内阻等于15k 电流表A1 量程0 200mA 内阻等于10 电流表A2 量程0 3A 内阻等于0 1 滑动变阻器R1 0 10 额定电流2A 滑动变阻器R2 0 1k 额定电流0 5A 定值电阻R3 阻值等于1 定值电阻R4 阻值等于10 定值电阻R5 阻值等于1k 电源E E 6V 内阻不计 命题点一 命题点二 命题点三 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旁 2 该同学描绘出的I U图象应是下图中的 答案 1 2 B 命题点一 命题点二 命题点三 解析 1 根据需要 电压表V1 3V 内阻3k 需要串联定值电阻R5 1k 可以将量程扩大为4V 电流表A1 200mA 内阻10 需要并联定值电阻R4 10 可以将量程扩大为0 4A 滑动变阻器R2阻值太大 连续性不好 应选择R1 电路图采用分压外接法 电路如答案图所示 2 随温度升高 小灯泡阻值增大 故选项B正确 命题点一 命题点二 命题点三 实验电路设计与数据处理电学实验电路设计的思路与方法1 首先应明确题目的要求 看清题目要求测量什么物理量 验证 探究什么物理规律 或要求设计达到何种标准的电路等 其设计原则是安全 方便 经济 2 在测量电路中 一般有电流表内接和外接两种方法 对于给定电表内阻的情况 应先比较R0与待测电阻Rx的关系 其中R0 若Rx R0 则设计为电流表内接法 若Rx R0 则设计为电流表外接法 若电表量程不合适 往往还要用定值电阻对电表进行改装 命题点一 命题点二 命题点三 3 控制电路有滑动变阻器的分压式和限流式两种接法 两种接法的选择方法如下 1 采用限流式接法时不能控制电流 或电压 满足实验要求 即滑动变阻器阻值调到最大 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 或额定电压 则必须选用分压式接法 2 若待测电阻的阻值比滑动变阻器的最大电阻大得多 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 应改用分压式接法 3 若实验中要求测量电路中电压从0开始连续变化 则必须采用分压式接法 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 耗能低 命题点一 命题点二 命题点三 例2 2017 全国卷 某同学研究小灯泡的伏安特性 所使用的器材有 小灯泡L 额定电压3 8V 额定电流0 32A 电压表V 量程3V 内阻3k 电流表A 量程0 5A 内阻0 5 固定电阻R0 阻值1000 滑动变阻器R 阻值0 9 0 电源E 电动势5V 内阻不计 开关S 导线若干 1 实验要求能够实现在0 3 8V的范围内对小灯泡的电压进行测量 画出实验电路原理图 命题点一 命题点二 命题点三 2 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图 a 所示 由实验曲线可知 随着电流的增加小灯泡的电阻 选填 增大 不变 或 减小 灯丝的电阻率 选填 增大 不变 或 减小 命题点一 命题点二 命题点三 3 用另一电源E0 电动势4V 内阻1 00 和题给器材连接成图 b 所示的电路 调节滑动变阻器R的阻值 可以改变小灯泡的实际功率 闭合开关S 在R的变化范围内 小灯泡的最小功率为W 最大功率为W 结果均保留2位小数 答案 1 2 增大增大 3 0 391 17 命题点一 命题点二 命题点三 解析 1 由于要求电压调节范围大 故用分压式 电压表量程只有3V 故需串联R0改装为量程为4V的电压表 小灯泡电阻较小 RL 故用外接法 2 图中I U图线上某点与原点连线的斜率代表灯泡在该状态下电阻的倒数 随电流增大 与原点连线的斜率减小 故电阻增大 由R 故电阻率增大 命题点一 命题点二 命题点三 3 当R 9 时灯泡功率最小 将电阻R与电源视为整体 U E I R r 故U 4V 10 I 作图法找到灯泡功率Pmin UI 1 75V 0 225A 0 39W当R 0时 灯泡功率最大 电源的路端电压与电流的关系U E Ir 故U 4V 1 I 作图法找到灯泡功率Pmax UI 3 65V 0 32A 1 17W 思维点拨电路图主要是控制电路 测量电路的连接 小灯泡阻值为小电阻 外接法 电压从0开始测量 分压式接法 然后由伏安特性曲线分析阻值的变化 注意纵轴是电流 第 3 问求小灯泡消耗的实际功率较难 因小灯泡的阻值随电流的变化而变化 通过闭合电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流 电压值 命题点一 命题点二 命题点三 1 本题考查的内容比较多 包括电压表的扩程 电流表的内外接法 滑动变阻器的分压接法 小灯泡的伏安特性 图象法求解 综合性很强 其中求解灯泡在某一电源下消耗的实际功率是常考的内容 本题还可以改变问法 如果两个该灯泡串联直接接在某个电源下 每个灯泡消耗的功率是多少 2 电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法电源对电路中小灯泡供电工作 显然路端电压与电路中电流满足关系U E Ir 整理可得I 即可作出一条电源的伏安特性曲线 同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线 两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律 又满足小灯泡的伏安特性曲线特点 即为所求的电流与电压值 命题点一 命题点二 命题点三 实验的改进与创新以本实验为背景 通过改变实验条件 实验仪器设置新题目 不脱离教材而又不拘泥于教材 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关系 2 实验对象的变迁 命题点一 命题点二 命题点三 3 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 命题点一 命题点二 命题点三 例3在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能 在没有光照时 太阳能电池可以视为一个电学器件 某实验小组用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 命题点一 命题点二 命题点三 1 为了达到上述目的 应选用哪个电路图 选填 甲 或 乙 2 该实验小组根据实验得到的数据 描点绘出了如图丙所示的I U图象 由图可知 当电压小于2 0V时 太阳能电池的电阻 选填 很大 或 很小 当电压为2 8V时 太阳能电池的电阻约为 保留两位有效数字 命题点一 命题点二 命题点三 答案 1 甲 2 很大1 0 103解析 1 用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射时 没有储存电能 的I U特性 应选用滑动变阻器分压接法 为电路图甲 2 由题图可知 当电压小于2 0V时 电流几乎为零 所以太阳能电池的电阻很大 当电压为2 8V时 对应电流为2 8mA 由欧姆定律可得太阳能电池的电阻约为R 1 0 103 1 2016 江苏卷 小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系 已知该金属电阻在常温下的阻值约10 R随t的升高而增大 实验电路如图所示 控温箱用以调节金属电阻的温度 实验时闭合S 先将开关K与1端闭合 调节金属电阻的温度 分别记下温度t1 t2 和电流表的相应示数I1 I2 然后将开关K与2端闭合 调节电阻箱使电流表的示数再次为I1 I2 分别记下电阻箱相应的示数R1 R2 1 有以下两种电流表 实验电路中应选用 A 量程0 100mA 内阻约2 B 量程0 0 6A 内阻可忽略 2 实验过程中 要将电阻箱的阻值由9 9 调节至10 0 需旋转图中电阻箱的旋钮 a b c 正确的操作顺序是 将旋钮a由 0 旋转至 1 将旋钮b由 9 旋转至 0 将旋钮c由 9 旋转至 0 3 实验记录的t和R的数据见下表 请根据表中数据 在方格纸上作出R t图线 由图线求得R随t的变化关系为R 答案 1 A 2 或 3 见解析图0 04t 8 8 0 04t 8 6 0 04t 9 0都算对 解析 1 由题干知常温下金属电阻阻值约为R 10 由实验电路知电路中最大电流约为I 150mA 通过调节滑动变阻器可控制电路中的最大电流为100mA 故选A电流表 2 实验过程中 为保护电路各元件调节电阻箱阻值时应遵循从大到小的顺序调节 3 根据实验数据描点作图如图 由图象结合数学知识写出图象的解析式为R kt R0 2 2017 广东湛江一模 现要测定一个额定电压为2 5V 额定功率约为0 7W的小灯泡的伏安特性曲线 1 为了测量的电压能从零开始 测量误差较小 请在图甲中连好实物电路图 2 合上开关前 滑动变阻器的滑片应置于滑动变阻器的 选填 左端 或 右端 3 根据实验数据 描绘出的U I图象如图乙所示 由图可知 当灯泡的电压为1 80V时 小灯泡电阻为 小灯泡的功率为W 结果保留两位有效数字 4 由图乙可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系 符合该关系的图象是图丙中的 答案 1 见解析 2 左端 3 7 20 45 4 D 解析 1 实物电路图如图所示 2 为了让测量电路中电压从零开始调节 则滑片开始时应滑到最左端 3 2017 广东茂名一模 现要用伏安法描绘一只标称值为 2 5V0 6W 小灯泡的I U图线 有下列器材供选用 A 电压表 0 3V 内阻3k 0 15V 内阻10k B 电流表 0 0 6A 内阻0 5 0 3A 内阻0 1 C 滑动变阻器 10 2A D 滑动变阻器 100 1 0A E 蓄电池 电动势6V 内阻不计 1 为了减小测量误差 图中的S1应接 选填 M 或 N 滑动变阻器应选用 用序号字母表示 2 根据你选择的电路 用笔画线代替导线在图中将实物连接成实验所需电路图 3 开关S闭合之前 滑动变阻器的滑片应该置于 选填 A B 或 AB正中间 端 闭合开关后 移动滑动变阻器的滑片 电压表示数变化明显 但电流表示数始终为0 则电路故障为 答案 1 MC 2 见解析 3 A小灯泡断路 解析 1 由实物图可知 电路采用了滑动变阻器分压接法 因灯泡内阻较小 故电流表采用外接法 故S1应接在M点 因采用分压接法 故滑动变阻器采用小电阻 应选用C 2 根据实验原理图画出实物图如图所示 3 为了保证实验安全 开始时灯泡两端的电压应为最小 故滑动变阻器的滑片应在A端 由题意可知 电压表示数变化明显 说明电压表与电源相连 且滑动变阻器连接正常 而电流表没有示数说明电路是断开的 由电路图可知 只能是灯泡发生了断路故障 4 2017 浙江宁波一模 在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中 实验器材如下 待测小灯泡 2 5V 0 5A 双量程电压表 中间接线柱3V 内阻约为3k 右边接线柱15V 内阻约为15k 双量程电流表 中间接线柱0 6A 内阻约为0 125 右边接线柱3A 内阻约为0 025 滑动变阻器 20 2A 电源 电动势约为3V 内阻未知 开关一个 导线若干 1 甲同学连好的实物图如图所示 乙同学检查时发现了多处错误 请指出 至少两处 2 两同学改正错误后 测出如下表所示的7组I U数据 请你在图的坐标纸上建立I U坐标系 标出坐标点 绘出小灯泡的伏安特性曲线 3 根据绘出的小电珠的伏安特性曲线 该小电珠在电压为1 8V时的实际电阻为 结果保留三位有效数字 4 关于本实验的系统误差 下列判断正确的是 A 系统误差主要是由电压表的分流引起的 电压越大 误差越大B 系统误差主要是由电流表的分压引起的 电流越大 误差越大C 系统误差主要是由忽略电源内阻引起的 电源内阻越大 误差越大D 系统误差主要是由电表读数时的估读引起的 电压越大 误差越大 答案 1 滑动变阻器接法错误 应该接成分压式 电压表量程错误 应选3V的量程 电流表位置接错 应选外接法 2 如图所示 3 10 6 10 4 10 7皆可 4 A 解析 1 本实验要求电压和电流从零开始调节 滑动变阻器应该用分压接法 电源的电动势约为3V 电压表应该选择3V的量程 小灯泡的电阻比较小 电流表应该用外接法 3 根据所画的I U图象 当小灯泡电压为1 8V时 流过小灯泡的电流约为0 17A 小灯泡的电阻R 10 6 4 本实验的系统误差主要是由电流表外接 电压表分流造成的 选项A正确