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(46V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03V,内阻等于3k)电压表V2(量程015V,内阻等于15k)电流表A1(量程0200mA,内阻等于10)电流表A2(量程03A,内阻等于0.1)滑动变阻器R1(010,额定电流2A)滑动变阻器R2(01k,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RxR0,则设计为电流表内接法;若RxR0,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09.0);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03.8V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-10I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI1.75V0.225A0.39W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-1I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65V0.32A1.17W。,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1.0103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=1.0103。,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0100mA,内阻约2B.量程00.6A,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+8.60.04t+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(03V,内阻3k;015V,内阻10k)B.电流表(00.6A,内阻0.5;03A,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