高考物理创新案例(人教)实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线

欢迎进入物理课堂 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 用电流表测出流过小电珠的电流 用电压表测出小电珠两端的电压 测出多组 U I 值 在U I坐标系中描出各对应点 用一条平滑的曲线将这些点连起来 2 电流表外接 因为小电珠的电阻很小 如果电流表内接 误差明显较大 滑动变阻器采用分压式 使电压能从零开始连续变化 3 滑动变阻器的限流接法和分压接法 1 两种接法比较 2 两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻 与滑动变阻器总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小 因为Rx小 限流式中滑动变阻器分得电压大 移动滑动触头调节范围大 分压式接法适合测量阻值较大的电阻 比滑动变阻器的总电阻大 因为Rx大 分压式中Rx几乎不影响电压的分配 移动滑动触头电压变化明显 便于调节 以下几种情况必须采用分压接法 a 若采用限流式不能控制电路中电流满足实验要求 即不论怎样调节滑动变阻器 待测电阻上的电流 或电压 都会超过电流表 或电压表 的量程 或超过待测电阻的额定电流 则必须选用分压式接法 b 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多 以致在限流电路中 滑动变阻器的滑动触头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 不利于多次测量求平均值 此时 应改用分压式接法 c 若实验中要求电压从零开始连续可调 则必须采用分压式接法 在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 4 仪器的选择 1 电表的选择 先估算电流或电压值 在选择电流表或电压表时 应使指针达到半偏以上 2 滑动变阻器的选择 实验电路若采用限流式接法 一般选用阻值适当大一些的滑动变阻器 但不可过大 实验电路若采用分压式接法 应选择阻值小一些的滑动变阻器 以便于调节 但要注意其额定电压和额定电流值 3 电源的选择 综合考虑小电珠 电压表 电流表的量程以及滑动变阻器的阻值 保证能为实验提供合适的电流或电压 三 实验器材小电珠 电压表与电流表 滑动变阻器 学生低压直流电源 或电池组 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 四 实验操作1 实验步骤 1 根据小电珠上标示的额定电压和额定电流 选定电源的输出电压和电表的量程 2 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图实 9 1所示的电路 图实 9 1 3 将滑动变阻器的触头移动到右端 闭合开关 调节滑动变阻器 读出并记录多组U I数值 将测量数据填入表格中 4 断开开关 拆除电路 整理仪器 2 数据处理实验中的U I数据记入下表中 1 在坐标纸上以U为横轴 I为纵轴建立坐标系 选取合适的标度 2 在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点 用一条平滑的曲线把这些点连起来 得到小电珠的伏安特性曲线 五 注意事项1 电路的连接方式 电流表应采用外接法 滑动变阻器应采用分压式连接 2 闭合开关前 滑片应移到使小电珠的电压为0的一端 3 在I U图线弯曲处 绘点要密 4 I U图线上各点要用平滑曲线连接 六 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 例1 2011 海淀模拟 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 的实验中 可供选择的实验仪器如下 1 在上述器材中 滑动变阻器应选 电流表应选 2 在图实 9 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 图实 9 2 3 利用实验中得到的实验数据在I U坐标系中 描绘出了图实 9 3所示的小电珠的伏安特性曲线 根据此图给出的信息 可以判断出图实 9 4中正确的是 图中P为小电珠功率 图实 9 3 图实 9 4 图实 9 5 答案 1 R1A2 2 见解析图 3 BD 例2 2010 浙江高考 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 某同学测得电流 电压的数据如下表所示 1 用上表数据描绘电压随电流的变化曲线 2 为了探究灯丝电阻与温度的关系 已作出电阻随电流的变化曲线如图实 9 6所示 请指出图线的特征 并解释形成的原因 图实 9 6 解析 1 图实 9 7 2 电阻随电流增大存在三个区间 电阻随电流的变化快慢不同第一区间电流很小时 电阻变化不大 第二区间灯丝温度升高快 电阻增大快 第三区间部分电能转化为光能 灯丝温度升高变慢 电阻增大也变慢 答案 见解析 1 在描绘小灯泡的伏安特性曲线时 采用如图实 9 8所示的电路 实验中发现移动滑动变阻器的滑片时 电流表的示数变化而电压表的指针不动 下列原因可能的是 A 灯泡中灯丝已烧断B 滑片接触不良C 灯泡内部短路D 滑动变阻器A端接触不良 图实 9 8 解析 由图知 若电压表的电阻无穷大 移动滑片时 因电流表示数有变化 故和电流表串联的回路中不存在断点 故A错 若滑片接触不良 电路中不可能有电流 故B错 若滑动变阻器A端接触不良 滑片移动时电流表和电压表读数均变 故D错 若灯泡内部短路则灯泡两端电压为零 电压表指针不变 移动滑片时 只有电流表指针变化 故选C 答案 C 2 在如图实 9 9甲所示的电路中 电源电动势为3 0V 内阻不计 L1 L2 L3为三个相同规格的小灯泡 这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示 当开关S闭合后 图实 9 9 A 通过L1的电流为通过L2的电流的2倍B L1的电阻为7 5 C L1消耗的电功率为0 75WD L2消耗的电功率为0 375W 答案 C 3 2011 马鞍山质检 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 1 下面有四个电路图 你在实验中采用的电路图是 图实 9 1 2 在实验中得到的小灯泡的I U特性曲线是一条 线 填 直 或 曲 这表明小灯泡的电阻随温度升高而 填 增大 减小 或 不变 解析 1 电流表应外接 变阻器应采用分压电路 选D 2 小灯泡的灯丝是金属做的 金属的电阻率随温度的升高而增大 所以小灯泡的I U特性曲线是一条曲线 这表明小灯泡的电阻随温度升高而增大 答案 1 D 2 曲增大 4 用图实 9 11 a 中所给的实验器材测量一个 12V 5W 的小灯泡在不同电压下的功率 其中电流表有3A和0 6A两挡 内阻可忽略 电压表有15V和3V两挡 内阻很大 测量时要求加在灯泡两端的电压可连续地从0V调到12V 图实 9 11 1 按要求在实物图上连线 2 某次测量时电流表的指针位置如图 b 所示 其计数为 A 解析 对于 12V 5W 的小灯泡其额定电流大约是I 5 12A 0 6A 故安培表的量程应选0 0 6A 根据测量要求 电压连续地从0V调到12V 应接成分压电路 又因为电流表内阻可忽略 电压表内阻很大 对电路无影响 电流表内接或外接都可以 故电路连接如图所示 电流表读数为0 24A 答案 1 见解析图 2 0 24 5 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 除有一标有 6V 1 5W 的小灯泡 导线和开关外 还有 A 直流电源6V 内阻不计 B 直流电流表0 3A 内阻0 1 以下 C 直流电流表0 300mA 内阻约为5 D 直流电压表0 10V 内阻约为15k E 滑动变阻器10 2AF 滑动变阻器1k 0 5A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量 1 实验中电流表应选用 滑动变阻器应选用 均用序号表示 2 在方框内画出实验电路图 3 试将图实 9 12所示器材连成实验电路 图实 9 12 答案 1 CE 2 实验电路如图所示 3 实物图连线如图所示 6 有一个标有 12V 24W 的灯泡 为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率 需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流 现有如下器材 A 直流电源15V 内阻可不计 B 直流电流表0 0 6A 3A 内阻0 5 0 1 C 直流电流表0 300mA 内阻约5 D 直流电压表0 3V 15V 内阻约3k 15k E 直流电压表0 25V 内阻约200k F 滑动变阻器10 5AG 滑动变阻器1k 3A 1 实验台上已放置开关 导线若干及灯泡 为了完成实验 需要从上述器材中再选用 用序号字母表示 2 在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图 3 若测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化关系的图线如图实 9 13所示 由这条曲线可得出 正常发光条件下 灯丝消耗的电功率是 图实 9 13 4 如果灯丝电阻与 t 273 的大小成正比 其中t为灯丝摄氏温度值 室温t 27 则正常发光时灯丝的温度是 答案 1 ABDF 2 见解析图 3 23 2W 4 1587 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全