高考物理一轮复习 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线 实验目的 1 掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式 2 掌握伏安特性曲线的描绘方法 3 理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线 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i u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 因为小电珠的电阻较小 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 实验器材 小电珠 3 8v 0 3a 或 2 5v 0 6a 一个 电压表 0 3v 15v 与电流表 0 0 6a 3a 各一个 滑动变阻器 最大阻值20 一个 学生低压直流电源 或电池组 开关一个 导线若干 坐标纸 铅笔 实验过程 1 电路连接 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 按图中的原理图连接好实验电路 2 开关闭合 把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端 接线经检查无误后 闭合开关s 3 数据测量 移动滑动变阻器滑片位置 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 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 误差分析 1 系统误差 由于采用的是电流表外接法 电流表的测量值大于小电珠电流的真实值 2 偶然误差 1 电压表 电流表读数时存在误差 2 在坐标纸上描点 作图时存在误差 注意事项 1 电路的调节 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小电珠 2 图象的画法 1 建立坐标系时 纵轴表示电流 横轴表示电压 两坐标轴选取的标度要合理 2 i u图线在u 1 0v左右时将发生明显弯曲 故在u 1 0v左右绘点要密 以防出现较大误差 3 误差较大的点要舍去 i u图线应是平滑曲线而非折线 3 实验操作 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 热点一实验原理的理解和器材的选取 典例1 小华和小明在 描绘小灯泡伏安特性曲线 的实验中 将实验数据记录在表格中 导学号04450184 1 实验室有两种滑动变阻器供选择 a 滑动变阻器 阻值范围0 10 额定电流3a b 滑动变阻器 阻值范围0 2000 额定电流1a 实验中选择的滑动变阻器是 填写字母序号 2 在图甲中用笔画线代替导线 将实验电路连接完整 3 开关闭合前 滑动变阻器的滑片应滑至 选填 左 或 右 端 4 利用表中数据 在图乙中画出小灯泡的u i图象 5 他们在u i图象上找到小灯泡工作电压为2 0v时坐标点 计算此状态的电阻值时 小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值 小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值 你认为 选填 小华 或 小明 的方法正确 规范解答 1 由于灯泡的电阻大约在几欧左右 为了便于测量 滑动变阻器选择0 10 的 2 由于灯泡的电压和电流从零开始测起 则滑动变阻器采用分压式接法 电流表采用外接法 实物连线图如图所示 3 为了保护测量电路 开关闭合前 滑动变阻器的滑片应滑至最左端 4 小灯泡的u i图象如图所示 5 根据欧姆定律知r 电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率 故小华的方法正确 答案 1 a 2 见规范解答图 3 左 4 见规范解答图 5 小华 强化训练 1 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应选的滑动变阻器是 选填 a 或 b 正确接线后 测得数据如表所示 2 由以上数据分析可知 电压表应并联在m与 选填 o 或 p 之间 3 将电路图在虚线框中补充完整 4 从表中数据可知 该电学元件的电阻的特点是 解析 1 滑动变阻器a允许的最大电压为0 3 200v 60v 12v 滑动变阻器b两端所能加的最大电压为0 5 20v 10v 12v 为保证安全 滑动变阻器应选a 2 由表中实验数据可知 电学元件电阻最小测量值约为r 1163 6 电流表内阻约为5 电压表内阻约为10k 相对来说 元件电阻远大于电流表内阻 电流表应采用内接法 因此电压表应并联在m与p之间 3 由表中实验数据可知 电压与电流从零开始变化 滑动变阻器应采用分压接法 由 2 可知 电流表采用内接法 实验电路图如图所示 4 由表中实验数据可知 当元件两端的电压小于6v时 电路电流很小 几乎为零 由欧姆定律可知 元件电阻非常大 不导电 当元件两端电压大于6v时 随着电压的升高电流迅速增大 电压与电流的比值减小 电阻变小 答案 1 a 2 p 3 见解析图 4 当元件两端的电压小于6v时 元件电阻非常大 不导电 当元件两端电压大于6v时 随着电压的升高而电阻变小 2 某同学通过实验研究led灯的伏安特性曲线 可用的器材如下 电源 内阻不计 滑动变阻器 电流表 电压表 不同规格的led灯两组 开关 导线 1 该同学将灯l1连接成如图甲所示的实验电路 开关闭合前 滑动变阻器的滑片位置应置于最 选填 左 或 右 端 各元件检查正常 闭合开关后 移动滑动变阻器滑片 发现电压表有示数 而电流表始终无示数 且灯l1不亮 则一定断路的导线是 2 更换导线后 移动滑动变阻器滑片 得到灯l1的i u图象如图乙中的图线 则可知灯l1的电阻随电压增大而 选填 变大 变小 或 不变 3 换灯l2重做实验 得到其i u图象如图乙中的图线 将滑动变阻器的滑片移到合适位置固定 同时撤去导线2 接灯l2时电流表的读数为0 16a 接灯l1时电流表的读数为0 14a 灯被短路时 电流表的读数应为a 结果保留两位有效数字 解析 1 该同学将灯l1连接成如题图甲所示的实验电路 由图可知该电路为分压式电路 所以开关闭合前 滑动变阻器的滑片应置于最左端 使开始时led灯两端的电压最小 各元件检查正常 闭合开关后 移动滑动变阻器滑片 发现电压表有示数 说明电压表的支路没 有问题 而电流表始终无示数 且灯l1不亮 则只有led灯的支路存在问题 所以一定断路的导线是6 2 在题图乙i u图象中 各个点与坐标原点的连线的斜率表示电阻的倒数 由图可知 随电压增大 各点与坐标原点的连线的斜率增大 所以可知灯l1的电阻值减小 3 由题图乙可以读出 接灯l2时电流表的读数为0 16a 此时的电压为u2 0 8v 接灯l1时电流表的读数为0 14a 此时的电压为u1 1 1v 设电源的电动势为e 滑动变阻器阻值为r 由闭合电路欧姆定律得e u1 i1r e u2 i2r 联立解得e 3 2v r 15 所以当灯被短路时 电流表的读数i 0 213a 0 21a 答案 1 左6 2 变小 3 0 21 反思归纳 选择电学实验仪器要遵循安全性原则 不使电学元件受损 和准确性原则 尽量减小误差 比如选择电表时 首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程 然后再合理选择量程使指针有较大偏转 要达到满偏的1 3 以尽量减小测量的相对误差 而一些实验压轴题的难点往往就放在对安全性原则和准确性原则的理解上 热点二实验电路的选取和实验数据的处理 典例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 量程3v 内阻3k 电流表 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 导学号04450185 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 2 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示 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 3 用另一电源e0 电动势4v 内阻1 00 和题给器材连接成图乙所示的电路 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 规范解答 1 由于电压表量程是0 3v ul 3 8v 故用定值电阻r0与电压表串联 扩大其量程 电源内阻不计 滑动变阻器总阻值较小 小灯泡上的电压应从零开始调节 故实验电路采用外接法分压式电路 如图所示 2 小灯泡伏安特性曲线上的某一点与原点连线的斜率的物理意义是随着电流的增加 小灯泡的电阻增大 由电阻定律知灯丝的电阻率增大 3 当滑动变阻器阻值r1 9 时 小灯泡上电压随电流变化的关系为 u1 e0 i1 r r1 即 u1 4 10i1 在图甲小灯泡伏安特性曲线上作出 关系式表示的直线 如图 直线 与曲线交点坐标为 1 75v 225ma 故小灯泡的最小功率为p1 i1u1 0 225 1 75w 0 39w 当滑动变阻器阻值r2 0时 灯泡消耗的功率最大 有u2 e0 i2r 即 u2 4 i2 直线 与曲线交点坐标为 3 67v 320ma 如图所示 小灯泡的最大功率为p2 i2u2 0 32 3 67w 1 17w 答案 1 见规范解答 2 增大增大 3 0 391 17 强化训练 1 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 开关一个 导线若干 1 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 2 实验的电路图应选用下列的图 填字母代号 3 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 解析 1 因实验要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到3v 所以滑动变阻器应用分压式接法 应选最大电阻较小的变阻器a 2 因小灯泡电阻为r 所以故电流表应用外接法 而滑动变阻器用分压式 故电路图应选b 3 电源与小灯泡直接串联 那么路端电压等于小灯泡两端的电压 画出内阻为5 电动势为1 5v的电源的路端电压与干路电流的关系图线 它与小灯泡的伏安特性曲线的交点表示小灯泡与该电源直接串联 因为电源两端的电压及通过电源的电流与小灯泡两端的电压及 通过小灯泡的电流相等 如图所示 根据交点坐标 1 0v 0 1a 可以计算出小灯泡消耗的功率为p ui 1 0 1w 0 1w 答案 1 a 2 b 3 0 1 2 太空探测器在探索宇宙过程中 由太阳能电池板给它提供能源 光明中学物理实验室有一块太阳能电池板 当有光照射它时 作为电源 其路端电压与总电流的关系图象如图甲中的曲线 所示 若没有光照射它时 相当于一个只有电阻的电学器件 无电动势 物理实验 探究小组用 描绘小灯泡伏安特性曲线 的实验方法 探究该太阳能电池板在没有光照射时的伏安特性曲线 利用电压表 内阻约3k 电流表 内阻约100 测得的多组数据作出的图象如图甲中曲线 所示 1 分析曲线 可知 该电池板作为电阻器件时的阻值随通过电流的增大而 选填 增大 或 减小 若所设计的电路如图乙所示 实验时应将图乙中电压表另一端a接在 选填 b 或 c 点 2 图乙电路中a端接好后还少接了一根导线 请在图乙中画出 3 分析曲线 可知 该电池板作为电源时的电动势约为v 若把它与阻值为1k 的定值电阻连接构成一个闭合电路 在有光照射的情况下 该太阳能电池板的效率约为 计算结果保留两位有效数字 解析 1 由图线 可知 无光照时太阳能电池板作为电阻器件时的阻值随通过电流的增大而减小 且其阻值远大于电流表内阻 所以采用电流表内接法 即a端接b点 2 描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节 即滑动变阻器要采用分压式接法 故应该将滑动变阻器右端与电源正极用导线相连 如图 a 所示 3 太阳能电池板的电动势由图线 与纵轴的交点直接读出 即2 80v 在图甲中作1k 电阻的伏安特性曲线 如图 b 所示 图线 与图线 的交点即电路的工作点 其坐标为 1 80 1 80 电池板的效率 100 答案 1 减小b 2 见解析图 a 3 2 8064 反思归纳 1 电路的选取重点表现在两个方面 一是电流表的内接还是外接 二是滑动变阻器是限流使用还是分压使用 2 判断电流表的内接还是外接有两种方法 一是比值法 二是试触法 3 滑动变阻器是限流使用还是分压使用首先要看实验要求 有没有明显的语言暗示 若存在以下语言暗示 滑动变阻器要并联分压使用 要求电压或电流从零开始变化 要求多测量几组数据 要求电压或电流变化范围足够大 虽没有文字暗示 但在表格中给出了一系列的数据 应依据数据中电压 或电流 的变化范围特点来判断 如果电压变化范围大 则滑动变阻器应并联分压使用 热点三实验拓展与创新 典例3 二极管是电子线路中常用的电子元件 它的电路符号如图1甲所示 正常使用时 极一端接高电势 极一端接低电势 要描绘某二极管在0 8v间的伏安特性曲线 另提供有下列的实验器材 电源e 电动势为8v 内阻不计 多用电表电压挡有五个量程 分别为2 5v 10v 50v 250v 500v 可视为理想电压表 开关一个 滑动变阻器一个 表一块 导线若干 导学号04450186 1 在图1的方框内画出测定二极管伏安特性曲线的电路原理图 多用电表在电路图中用表示 并注明多用电表电压挡所选量程 2 利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管两端的电压时 电流从 选填 红 或 黑 表笔流入电表 3 某同学通过实验得出了图2所示的伏安特性曲线图 接着 他又用该二极管 电源e和另一只固定电阻r等组成图3所示的电路 当闭合开关后 用多用电表的电压挡测得r两端的电压为0 8v 由此可以判断固定电阻r的阻值大约为 创新方向分析 1 源于教材 本例所用实验电路及研究方法与教材实验相似 2 高于教材 本例描绘的实验元件不是小电珠 而是二极管 本例不是描绘伏安特性曲线而是反向伏安特性曲线 规范解答 1 由题意可知电流正向通过二极管时 二极管的电阻较小 故表应外接 由于要描绘二极管在0 8v间的伏安特性曲线 故滑动变阻器应采用分压式接法 电源电动势为8v 故多用电表的电压挡选10v量程 电路图如图所示 2 利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管两端的电压时 电流从红表笔流入多用电表 3 由闭合电路欧姆定律可知二极管两端的电压为7 2v 据伏安特性曲线图可知二极管两端的电压为7 2v时对应的电流是10ma 故电阻r的阻值大约为80 答案 1 见规范解答图 2 红 3 80 强化训练 1 2018 日照模拟 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 所用小灯泡标有 3 8v 0 3a 字样 并提供有以下器材 a 电压表v 0 5v 内阻约5k b 电流表a1 0 50ma 内阻约2 c 电流表a2 0 500ma 内阻约1 d 滑动变阻器r1 0 10 e 滑动变阻器r2 0 2k f 直流电源e 电动势4 5v 内阻不计 g 开关s及导线若干 1 为了提高测量的准确度和调节方便 实验中应选用电流表 滑动变阻器 填写器材代号 请在虚线框内画出实验电路图 2 由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示 在另一实验中将此小灯泡接入如图乙所示的电路中 电路中电源电压u u 3 8v 恒定 在t t0时刻闭合开关s 由电流传感器记录的电流随时间变化的图象 i t 可能是图中的 选填 a b 或 c 图 解析 1 小灯泡的额定电流是0 3a 所以电流表应该选择c 本实验滑动变阻器采用分压接法 所以滑动变阻器应该选择总阻值较小的 选d 滑动变阻器用分压接法 小灯泡电阻很小 电流表应该用外接法 2 闭合开关之后才有电流 小灯泡灯丝的电阻随着温度的升高而增大 所以电流会变小 选项c正确 答案 1 cd 如图所示 2 c 2 2018 济南模拟 发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用 如图所示是一种发光二极管的实物图 正常使用时 带 号的一端接高电势 带 号的一端接低电势 某同学想描绘它的伏安特性曲线 实验测得它两端的电压u和通过它的电流i 所得数据如表所