xx届高考物理基础知识要点复习 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线

1 / 15 XX 届高考物理基础知识要点复习 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 XX届高三物理一轮复习全案：实验八描绘小电珠的伏安特性曲线（选修 3-1） 【考纲知识梳理】 一、实验目的 描绘小灯泡的伏安特性曲线 . 二、实验器材 小灯泡、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 1.用电流表和电压表测出灯泡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 . 2.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，因为小灯泡的电阻值较小 . 【要点名师精解】 2 / 15 一、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图 7-3-22所示电路 . 图 7-3-22 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/ I/A0 U/ I/A 特别提示 I-U 图线在 U0左右将发生明显弯曲，故在 U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3 / 15 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 交流与思考 :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？ 提示 :由于电阻的定义式为，而不是，只有 U 与 I 为线性关系时才等于，在 U 与 I 为非线性关系时，所以各点对应的曲线斜率并不表示该电压下的电阻值 .该电压下的电阻值应等于该点对应的电压与电流的比值 . 5、注意事项 （ 1） .电路的连接方式 电流表应采用外接法 :因为小电珠的电阻较小，与 0电流表串联时，电流表的分压影响不能忽略 . 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零开始连 续变化 . （ 2） .闭合电键 S 前，滑动变阻器触头应移到小电珠分得电压为零的位置，可以使开关闭合时小电珠电压能从零开始变化 .同时，也为了防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 . 4 / 15 （ 2） U-I 图线在 U左右将发生明显弯曲，故在 U左右测绘点要密，否则将出现很大误差 . （ 4） .电流表选择量程，电压表量程选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是 “” 的小电珠，选用电压表的 15V量程，若使用 “” 的小电珠，则选用电压表的 3V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，读出 I 后立即断开开关 . （ 6） .误差较大的点要舍去， U-I 应是平滑曲线而非折线 .6、误差分析 （ 1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差 . （ 2）在坐标纸上描点、作图带来误差 . 交流与思考 :观察小电珠的伏安特性曲线，分析特点，并说明理由 . 提示 :由于小电珠在电压较低时没有发光，灯丝温度较低，其电阻变化不明显，所以在伏安特性曲线的开始一段接近直线 .但随着电压的不断增大，电珠开始发光，温度变化很大，因此对应电阻值也变化很大，伏安特性曲线为曲线 . 【例 1】有一个小灯泡上标有 “4V2W” 的字样， 现在要用伏安法描绘这个灯泡的 U-I 图线 .有下列器材供选用 : A.电压表（ 0 5V，内阻 10k ） 5 / 15 B.电压表（ 0 10V，内阻 20k ） c.电流表（ 0，内阻 1 ） D.电流表（ 0，内阻 ） E.滑动变阻器（ 5 ， 1A） F.滑动变阻器（ 500 ，） （ 1）实验中电压表应选用 _，电流表应选用 _.为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用 _（用序号字母表示） . （ 2）请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把由图7-3-23中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图 . 图 7-3-23 思路点拨 :（ 1）如何通过计算选择仪器？ （ 2）如何判断电流表的内外接法？如何确定分压、限流接法？ 解析 :（ 1）因小灯泡的额定电压为 4V，所以电压表应选用 A，小灯泡的额定电流，所以电流表应选用 D;小灯泡正常工作时的电阻为，因为 ， Rx 为小电阻，电流表应采用外接法，要求电压表从零开始变化，故滑动变阻器采用分压接法，为便于调节，滑动变阻器应选用 E. （ 2）满足实验要求的电路图如图 7-3-24. 6 / 15 图 7-3-24 接成的相应实 物电路图如图 7-3-25. 图 7-3-25 答案 :（ 1） A D E （ 2）见解析 名师点评 :伏安法是测量电阻的一种最基本方法，除此之外，还有替代法、半偏法等，原理是部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律 .通过该题，把握器材选取、电路设计的一般原则 . 【感悟高考真题】 （ XX重庆 （）在探究小灯泡的的伏安法测电阻实验中，所用器材有灯泡 I，量程恰当的电流表 A 和电压表，直流电源的滑动变阻器、电键等，要求灯泡两端电压从表开始变化 实验中滑动变阻器应采用 _接法（ “ 分压 ” 或 “ 限流 ” ） 某同学已连接如题 22 图 2 所示的电路，在连接最后一根导线的 c 端到直流电源正析之前，请指出其中仅有的 2 个不当之处，并说明如何改正 A： _ 7 / 15 B:_ 分别测得两只灯泡 l1 和 l2 的伏安特性曲线如题 22图 3 中 和 所示，然后将灯泡 l1、 l2 与电池组（电动势和内阻均衡定）连成题 22 图 4 所示电路。多次测量后得到通过 l1和 l2的电流平均值分别为和 A.在题 22 图 3 中画出电池组路端电压 U 和电流 I 的关系曲线。 B.由 该曲线可知电池组的电动势为 _V,内阻为_( 取两位有效数字 ) 【答案】 分压 A. 电键不应闭合，应处于断开状态 B.滑动变阻器的滑动触头 P 位置不当，应将其置于 b 端 【解析】 探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从 0 到额定电压变化，所以滑动变阻器必须采用分压解法。 在连接线路时必须将每个开关断开，而图中是闭合的这是第一个错误。连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大，将分压滑动变阻器调到输出为 0 端，在图中是 b 端，以保护电源和电表。 描绘电源的伏安特 性曲线要求外电阻变化测定对应的多组路端电压和电流，本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值，然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压，用两个坐标点描绘图像。为描绘准确可以先进行理论计算，首先查出两坐标为（，）和（，），则内阻为 ，电动8 / 15 势为， V，然后作出准确图像如图。 2（ XX福建 19(3)）如图所示是一些准备用来测量待测电阻阻值的实验器材，器材及其规格列表如下 为了能正常进行测量并尽可能减少测量误差，实验要求测量时电表的读数大于其 量程的一半，而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化。请用实线代表导线，在所给的实验器材图中选择若干合适的器材，连成满足要求的测量阻值的电路。 答案： 3.（ XX上海物理 26）在用 DIS描绘电场等势线的实验中 （ 1）电源通过正负电极 a、 b 在导电物质上产生的稳恒电流分布模拟了二个 _产生 _；用 _探测等势点。 （ 2）（单选题）在安装实验装置时，正确的做法是（） （ A）在一块平整木板上依次放复写纸、白纸、导电纸 （ B）导电纸有导电物质的一面应该向上 （ c）连接电源正负极的电极 a、 b 必须与导电物质保持绝缘 （ D）连接电极 a、 b 的电源电压为交流 46V 9 / 15 【解析】 （ 1）点电荷，电场， DIS (2)B A 应依次放白纸、复写纸、导电纸 B 应电极 a、 b 必须与导电物质保持导电。 c 应连接电极 a、 b 的电源电压为为直流 4-6V 【考点精题精练】 1 现有电源、滑动变阻器、电流表、电压表和一个额定电压小于电源电动势的小灯泡，要测量小灯泡的功率随电压变化的情况。 （ 1）在左框中画出所用电路的原理图。 （ 2）把测得的各组 P、 U 值画在 P-U2 图中，各点 组成组成的图线应大致是什么样子？将此图线的示意图画在右框中。 解析（ 1）为了使测量结果更准确，一方面考虑一般电流表内阻和小灯泡电阻比较接近，故应用电流表外接法，另一方面应使电压的变化范围尽可能大，故选用变阻器的分压接法，因此电路原理图应如图甲所示。 （ 2）据功率的计算公式 P=UI 再据欧姆定律：故 随所加电压的增加，小灯泡发热，温度升高，电阻随温度增10 / 15 高而增大，故所得 P-U2 图线的斜率应随 R 的增大而减小，故 P-U2图线示意图就如图乙所示。 2 在 “ 描绘小灯泡的伏安特性曲线 ” 的实验中 ,小灯泡的规格为 “6V,3W”, 其他供选择的器材有 : 电流表 A1（量程 3A,内阻 ） 电流表 A2（量程 ,内阻 1 ） 电压表 V1（量程 6V,内阻 20k ） 变阻器 R1（ 0 1000, ） 变阻器 R2（ 0 20,2A ） 学生电源 E（ 6V） 开关 S 及导线若干 （ 1）实验中要求电压表在 0 6V范围内读数并记录下 12组左右不同的电压值 U和对应的电流值 I,以便作出伏安特性曲线 ,则在上述器材中 ,电流表应选 ,变阻器应选 . （ 2）在所给的虚线方框中画出此实验的电路图 . （ 3）以下是该实验的操作步骤 A.闭 合开关 ,记下电流表、电压表的一组示数（ U、 I） ,移动变阻器的滑动触头 ,每移动一次记下一组（ U、 I）值 ,共测出12组数据 B.将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路 c.调节触头位置 ,使闭合开关前触头处于使变阻器与小灯泡11 / 15 并联的电阻最大的位置 D.按所测数据 ,在坐标纸上描点并将各点用平滑曲线连接起来 ,得出小灯泡的伏安特性曲线 以上各步骤中存在的错误或不妥之处 : . 将各步骤纠正后 ,按实验先后顺序排列起来 . （ 4）小灯泡的 I U 图线是一条曲线 ,其原因是 . 答案（ 1） A2R2 （ 2）外接法 .因为电流表与小灯泡的电阻都较小 ,电流表的分压影响很大 .而电压表的内阻很大 ,所以应采用外接法 ,电压表的分流影响很小 ,可以提高实验的准确性 .电路图如下图所示 . （ 3）步骤 c 中 ,闭合开关前触头应处于使变阻器与小灯泡并联的电阻为零的位置 BcAD （ 4）随着电压增加 ,通过小灯泡的电流增大 ,温度升高 ,灯泡灯丝的电阻率增加 3一般情况下 ,导体的电阻会随着温度的改变而改变 ,某同学研究了一白炽灯两端的电压与电流的关系 ,得到了如下实验数据 : 请你完成下列工作 : 12 / 15 （ 1）在如下图 所示的方格纸上画出电流与电压的关系图线 . （ 2）实验过程中用到了下列器材 :直流电源、滑动变阻器（最大值为 30 ）、电压表（量程 15V,内阻约为 104 ）、电流表（量程 ,内阻约为 ） ,开关一只及导线若干 ,请在下图中按实验要求连接实物电路图 . （ 3）某同学根据实验数据及图线作出了下列推论 :如果灯泡两端的电压增大 20V,那么灯泡中通过的电流一定不会大于 ,你认为他的推论是否正确 ? （ 4）如果把该灯泡接到电动势为 6V,内阻为 10 （内阻恒定）的电源两端 ,实际消耗的功率是多少 ? 答案（ 1）、（ 2）略（ 3）正确（ 4） 4 发光晶体二极管是电器上做指示灯用的一种电子元件 .它的电路符号如右图所示 ,正常使用时 ,带 “+” 号的一端接高电势 ,带 “ -” 的一端接低电势 .某同学用实验的方法测得它两端的电压 U 和通过它的电流 I 的数据如下表所示 . （ 1）在下面的虚线框内画出该同学的实验电路图 .（实验中所用电压表的内阻 RV 约为 10k, 电流表的内阻 RmA 约为100 ） . （ 2）在下图中的小方格纸上用描点法画出二极管的 I-U 图象 . 13 / 15 （ 3）若发光二极管的最佳工作电压为 ,而电源是由内阻不计、电动势为的 两节干电池串联而成的 .根据画出的伏安特性曲线上的信息分析 ,应该串联一个阻值多大的电阻后与电源接成闭合电路 ,才能使二极管工作处于最佳状态 ? 答案（ 1）由欧姆定律分析表格中的每一组数据 ,可以看出发光二极管的电阻是变化的 ,变化的范围大约在 100 500之间 ,与 r=1000 比较 ,属于小电阻 ,应采用电流表外接法 ;又从表格中得到信息 ,实验时 ,电压必须从 0 开始增大 ,因此滑动变阻器必须采用分压式接法 .所以实验电路如下图（ a）所示 . （ 2）将表格提供的数据在方格纸上描点 ,可画出二极管的 I-U 图线 ,如上图（ b）中的曲线所示 . （ 3） 4.有一个小灯泡标有 “6V,” 的字样 ,现在要用伏安法测量这个灯泡的 I U 图线 .现有下列器材供选用 : A.电压表（ 0 5V,内阻 10k ） ;B.电压表（ 0 10V,内阻20k ） ; c.电流表（ 0 ,内阻 1 ） ;D.电流表（ 0 ,内阻 ） ; E.滑动变阻器（ 30,2A ） ;F.学生电源（直流 9V） ,还有开关、导线 . （ 1）实验中选用电压表应选 ,电流表应选（用序号字母表示） . （ 2）为使实验误差尽可能减小 ,画出实验电路图 . 14 / 15 答案（ 1） Bc （ 2）见右图 5.表格中所列数据是测量小灯泡 U-I 关系的实验数据 : （ 1）分析上表内实验数据可知 ,应选用的实验电路图是下图中的（填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ） . （ 2）在下图所示的方格纸内画出小灯泡的 U-I 曲线 .分析