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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16 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 17 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 18 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 19 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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 28 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 29 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 30 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 31 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 32 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 33 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 34 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