高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第4讲 实验 描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

课标版物理 第4讲实验 描绘小电珠的伏安特性曲线 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 实验原理 1 测多组小电珠的u i的值 并绘出i u图像 2 由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系 实验器材 小电珠 3 8v 0 3a 电压表 0 3v 15v 电流表 0 0 6a 3a 滑动变阻器 学生电源 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 实验步骤 1 确定电流表 电压表的量程 采用电流表外接法 滑动变阻器采用分压式接法 按实验原理图连接好实验电路 2 将滑动变阻器的滑片移到使小电珠分得电压为零的一端 接线经检查无误后 闭合开关s 3 移动滑动变阻器滑片到不同位置 测出12组左右不同的电压值u和电流值i 并将测量数据填入表格中 断开开关s 4 拆除电路 整理仪器 数据处理 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 注意事项 1 电路的连接方式 1 电流表应采用外接法 小电珠 3 8v 0 3a 的电阻很小 与0 0 6a的电流表串联时 电流表的分压影响很大 2 滑动变阻器应采用分压式接法 目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化 2 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 使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化 同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 3 i u图线在u0 1 0v左右将发生明显弯曲 故在u 1 0v左右绘点要密 以防出现较大误差 4 当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加 到额定值记录i后 马上断开开关 5 误差较大的点舍去 i u图线应是平滑曲线而非折线 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 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 考点一器材的选取和实验操作典例1 2013天津理综 9 3 要测绘一个标有 3v0 6w 小灯泡的伏安特性曲线 灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3v 并便于操作 已选用的器材有 电池组 电动势为4 5v 内阻约1 电流表 量程为0 250ma 内阻约5 电压表 量程为0 3v 内阻约3k 电键一个 导线若干 实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 填字母代号 a 滑动变阻器 最大阻值20 额定电流1a b 滑动变阻器 最大阻值1750 额定电流0 3a 实验的电路图应选用下列的图 填字母代号 实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示 如果将这个小灯泡接到电动势为1 5v 内阻为5 的电源两端 小灯泡消耗的功率是w 答案 a b 0 1解析 测绘小灯泡的伏安特性曲线 要求能较大范围测量数据 所以控制电路部分应用分压式接法 滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的a 灯泡的电阻r 15 额定电流i 0 2a 由r 15 依据 大内小外 的原则 可知电流表应采用外接法 故选b 在灯泡的i u图上作出电源的i u图线 交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压 此时p灯 iu 0 1 1w 0 1w 1 1在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 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 2a f 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 试将图中所示器材连成实验电路 答案 1 ce 2 实验电路图如图所示 3 实物图连线如图所示 解析由i额 a 250ma 故电流表应选c 因要求电压从零开始变化 滑动变阻器用分压接法 应选小阻值的e 1 2某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件 该电学元件上标有 最大电流不超过6ma 最大电压不超过7v 同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线 他们设计的一部分电路如图所示 图中定值电阻r 1k 用于限流 电流表量程为10ma 内阻约为5 电压表 未画出 量程为10v 内阻约为10k 电源电动势e为12v 内阻不计 1 实验时有两个滑动变阻器可供选择 a 阻值0 200 额定电流0 3ab 阻值0 20 额定电流0 5a应选择的滑动变阻器是 填 a 或 b 正确接线后 测得数据如下表 2 由以上数据分析可知 电压表并联在m与之间 填 o 或 p 3 将电路图在虚线框中补充完整 4 从表中数据可知 该电学元件的电阻特点是 答案 1 b 2 p 3 如图所示 4 当元件两端的电压小于6v时 元件的电阻非常大 不导电 当元件两端的电压大于6v时 随着电压的升高元件的电阻变小解析 1 因要描绘该电学元件的伏安特性曲线 所以元件的电压应从0开始 则滑动变阻器应采用分压式接法 故应选择最大阻值较小的滑动变阻器b 这样便于调节 2 从表中数据看 由于被测元件的电阻大约为1k 对照电压表 电流表的内阻 应用电流表内接法 电压表应并联在m与p之间 3 图见答案 4 从表中数据可以看出 当元件两端的电压小于6v时 元件的电阻非常大 不导电 当元件两端的电压大于6v时 随着电压的升高元件的电阻变小 典例2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡 其标称功率值为0 75w 额定电压值已模糊不清 他们想测定其额定电压值 于是先用欧姆表直接测出该小灯泡的电阻约为2 然后根据公式计算出该小灯泡的额定电压u v 1 22v 他们怀疑所得电压值不准确 于是 再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路 测量通过小灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制小灯泡的u i图线 进而分析小灯泡的额定电压 a 电压表v 量程3v 内阻约3k b 电流表a1 量程150ma 内阻约2 c 电流表a2 量程500ma 内阻约0 6 考点二数据处理和误差分析 d 滑动变阻器r1 0 20 e 滑动变阻器r2 0 100 f 电源e 电动势4 0v 内阻不计 g 开关s和导线若干h 待测小灯泡l 额定功率0 75w 额定电压未知 1 在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图 指出上述器材中 电流表选择 填 a1 或 a2 滑动变阻器选择 填 r1 或 r2 2 在实验过程中 该同学将小灯泡两端的电压由零缓慢地增加 当电压达到1 23v时 发现小灯泡亮度很暗 当达到2 70v时 发现小灯泡已过亮 便立即断开开关 并将所测数据记录在下边表格中 请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的u i图线 3 由图像得出该灯泡的额定电压应为v 这一结果大于1 23v 其原因是 答案 1 电路原理图如图所示a2r1 2 图见解析 3 2 5 2 4 2 6均可 小灯泡的灯丝在常温下的电阻小于正常工作时的电阻 或小灯泡的电阻随温度的升高而变大 解析 1 根据p i2r 估算出通过灯泡的最大电流大约是600ma 因此电流表应选a2 通过本实验要描绘出灯泡的u i图线 需要从0开始测量多组数据 因此滑动变阻器应采用分压式接法 所以应选阻值较小的r1 因小灯泡电阻较小 则电流表应外接 2 如图所示 3 由p ui 0 75w 再结合图像可知u额 2 5v 小灯泡的额定电压大于1 23v的原因是小灯泡的灯丝在常温下的电阻小于其正常工作时的电阻 2 1为了测量一个标有 12v5w 的小灯泡在不同电压下的功率 给定了以下器材 电源 12v 电阻不计 电流表 0 0 6a 0 3a 内阻可忽略 电压表 0 3v 0 15v 内阻很大 滑动变阻器 阻值范围0 20 允许通过的最大电流为1a 开关一个 导线若干 实验时要求加在小灯泡两端的电压可从0调到12v 1 将图甲中的实物图连接完整 图甲 2 某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示 某次测量时 通过小灯泡的电流大小为0 40a 则此时加在它两端的电压为v 此时小灯泡的实际功率为w 图乙答案 1 见解析 2 62 4解析 1 由于要求小灯泡两端的电压可从0调到12v 故滑动变阻器应采用分压式接法 又因电流表内阻可忽略 则电流表采用内接法 外接法均可以 实物连接如图 2 由i u图线得 当i 0 40a时 u 6v 故小灯泡的实际功率为p iu 2 4w 2 2 2015浙江理综 22 10分 图1是小红同学在做 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验的实物连接图 图1 图2 2 调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的 所示 电流表量程为0 6a 电压表量程为3v 所示读数为 两组数据得到的电阻分别为和 答案 1 如图所示 2 0 10a 0 24a 2 00v 0 27v 1 根据图1画出实验电路图 8 3 0 1 2 7 0 1 如填为 2 7 0 1 8 3 0 1 也行 解析 1 图见答案 2 由图2可知 量程为0 6a的电流表的分度值为0 02a 采用 半格估读法 的读数为0 10a 的读数为0 24a 量程为3v的电压表的分度值为0 1v 应采用 估读 法 故 的读数分别为2 00v与0 27v 因小灯泡通过的电流随其两端电压的增大而增大 故 与 与 分别对应 故由欧姆定律r 可得两组数据得到的电阻分别为r1 8 3 r2 2 7 典例3 2015海南单科 12 9分 某同学利用图 a 所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化 实验中使用的器材为 电池e 内阻很小 开关s1和s2 电容器c 约100 f 电阻r1 约200k 电阻r2 1k 电压表 量程6v 秒表 导线若干 图 a 1 按图 a 所示的电路原理图将图 b 中实物图连线 考点三实验改进与创新 图 b 图 c 2 先闭合开关s2 再断开开关s2 闭合开关s1 同时按下秒表开始计时 若某时刻电压表的示数如图 c 所示 电压表的读数为v 保留2位小数 3 该同学每隔10s记录一次电压表的读数u 记录的数据如下表所示 在坐标纸上绘出u t图线 已知只有一个数据点误差较大 该数据点对应的表中的时间是s 4 电路中c r2和s2构成的回路的作用是 答案 1 如图所示 2 3 60 3 图线如图所示40 0 4 放电解析 1 图见答案 2 由图 c 知电压表的分度值为0 1v 读数时应估读到分度值的下一位即0 01v 故测量结果为3 60v 3 将表中各数据在坐标系中描点连线如答图所示 由图可知除t 40 0s的数据外其他各点基本在同一平滑曲线上 故误差较大的数据点只能是t 40 0s对应的点 4 因在s1闭合前进行了闭合s2再断开s2的操作 其目的是实验前使电容器两极板上的电荷充分中和 对电容器的残存电荷进行放电 3 1二极管是一种半导体元件 电路符号为 其特点是具有单向导电性 某实验小组要测绘一个二极管正向接入电路时的伏安特性曲线 据了解 该二极管允许通过的最大电流为50ma 1 该二极管外壳的标识模糊了 同学们首先用多用电表的电阻挡来判断它的正负极 当将红表笔接触二极管的左端 黑表笔接触二极管的右端时 发现指针的偏角比较小 当交换表笔再次测量时 发现指针的偏角很大 由此可判断 选填 左 或 右 端为二极管的正极 2 实验探究中他们可选的器材如下 a 直流电源 电动势3v 内阻不计 b 滑动变阻器 0 20 c 电压表 量程15v 内阻约80k d 电压表 量程3v 内阻约30k e 电流表 量程0 6a 内阻约1 f 电流表 量程50ma 内阻约50 g 待测二极管 h 导线 开关 为了提高测量精确度 电压表应选用 电流表应选用 填字母序号 3 实验中测量数据如下表 请在坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线 4 同学们将该二极管与阻值为100 的定值电阻串联后接到电压恒为3v的电源两端 则二极管导通时定值电阻的功率为w 答案 1 左 2 df 3 伏安特性曲线如图所示 4 0 019 0 014 0 020均可 解析 1 用多用电表测二极管时 黑表笔接多用电表的内电源的正极 红表笔接负极 指针偏角很小 说明电阻很大 指针偏角很大 说明电阻较小 再由二极管的单向导电性可判断左端为二极管的正极 2 因电源电压只有3v 则电压表选d 因二极管允许通过的最大电流为50ma 则电流表选f 3 在坐标纸上描点连线 连线为光滑曲线 图线见答案 4 把定值电阻等效看为电源内阻 在二极管的i u图像中作出电源的i u图线 两图线的交点为二极管导通时定值电阻两端的电压和通过的电流 计算得功率 3 2 2015山东理综 22 8分 如图甲所示的电路中 恒流源可为电路提供恒定电流i0 r为定值电阻 电流表 电压表均可视为理想电表 某同学利用该电路研究滑动变阻器rl消耗的电功率 改变rl的阻值 记录多组电流 电压的数值 得到如图乙所示的u i关系图线 图甲 图乙 回答下列问题 1 滑动触头向下移动时 电压表示数 填 增大 或 减小 2 i0 a 3 rl消耗的最大功率为w 保留一位有效数字 答案 1 减小 2 1 00 0 98 0 99 1 01均正确 3 5解析 1 滑动触头下移时 rl减小 则rl分流增大 r的分流则减小 电压表示数u ir r 故u减小