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电路 实验 描绘小电珠的伏安特性曲线 第八章 1 实验目的 1 描绘小电珠的伏安特性曲线 2 了解小电珠两端电压 通过小电珠电流和小电珠电阻的变化关系 2 实验原理 1 用电流表测出流过小电珠的电流 用电压表测出小灯泡两端的电压 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结起来 就得到小灯泡的伏安特性曲线 在i u坐标系中 图线的斜率等于 电阻的倒数 2 小电珠 3 8v 0 3a 的电阻很小 当它与电流表 0 0 6a 串联时 电流表的分压影响很大 故为准确描绘出小电珠的伏安特性曲线 电流表应采用 为使小电珠上的电压能从0开始连续变化 滑动变阻器应采用连接 外接法 分压式 3 实验器材小电珠 3 8v 0 3a 一只 电压表 0 3v 15v 电流表 0 0 6a 3a 各一只 滑动变阻器 20 一只 学生低压直流电源 或电池组 开关一只 导线若干 坐标纸 铅笔 4 实验步骤 1 确定电流表 电压表的量程 按图8 6 1连接好电路 注意开关应断开 滑动变阻器与小电珠并联的部分电阻为零 图8 6 1 2 闭合开关s 调节滑动变阻器 使电流表 电压表有较明显示数 记录一组电压u和电流i值 3 用同样的方法测量并记录多组u和i值 均记入自己设计的表格中 4 在坐标纸上建立一直角坐标系 纵轴表示电流 横轴表示电压 用平滑曲线将各数据点连接起来 便得到伏安特性曲线 5 整理实验器材 5 注意事项 1 实验前应先检查电流表 电压表的指针是否指零 不指零时要先转动定位螺丝使指针指零 2 实验过程中 电压表量程变更 u 3v时采用0 3v量程 当u 3v时采用0 15v量程 3 读数时 视线要与刻度盘垂直 力求读数准确 4 在电压接近小电珠额定电压值时 一定要慢慢移动触头位置 注意电压表的示数不要超过小电珠的额定电压 5 两坐标轴选取的标度要合理 使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸 且数据连接时不能连成折线 误差大的点应当舍去 小电珠的伏安特性曲线某同学做 描绘小电珠的伏安法特性曲线 实验 实验室提供了下表中的器材 1 为了使实验误差尽可能小 应选用的电流表是 电压表是 2 若该同学已正确选用器材 并连接好部分实验电路 如图8 6 2 请在图中完成其余的电路连接 要求小灯泡两端的电压能在0 2 5v范围连续变化 且尽可能减小实验误差 图8 6 2 3 该同学在正确完成实验后得到图8 6 3所示的伏安特性曲线 他从图线中得到 通过小灯泡的电流随电压的增大而增大 的规律 请你分析图线再写出两条规律 图8 6 3 1 小灯泡的额定电流250ma 额定电压2 5v 为了使读数更精确 则电流表应选a1 电压表应选v1 2 要求实验中小灯泡电压在0 2 5v范围连续变化 则滑动变阻器应连成分压式接法 实验尽可能减小误差 在小灯泡电阻不大的情况下 采用电流表外接法 电路连接如图 3 通过小灯泡的电流与电压的变化关系是非线性关系 小灯泡的电阻随温度的升高而增大 小灯泡的功率随温度的升高而增大 小灯泡的电流随电压的增大趋势逐渐平缓等 本题前两问是实验题的常规知识 有创意的是第 3 问 是开放性问题 符合课改精神 既考查了分析图象的能力 又考查了语言表达能力 在总结规律时 答案不一定唯一 有道理就行 但关键是不能重复 比如此题 如果说了小灯泡的电阻随温度的升高而增大 就不要再说小灯泡的电阻随电压的增大而增大了 二者其实是同一个意思 要从不同的角度去分析 比如 先由图线的形状说明是线性关系 直线 还是非线性关系 曲线 再说明纵横坐标物理量间的变化规律 还可以分析图线的斜率 说明这种变化的趋势是逐渐加强还是趋于平缓 变式训练1 标有 12v 24w 的灯泡一个 为了测定不同电压下该灯泡的消耗功率 电压2v 12v 现有如下器材 a 直流电源15v 内阻不计 b 直流电流表0 0 6a 3a 内阻约为1 c 直流电流表0 60ma 300ma 内阻约5 d 直流电压表0 3v 15v 内阻约15k e 直流电压表0 25v 100v 内阻约200k f 滑动变阻器10 5a g 滑动变阻器1k 3a 1 实验中除了导线 开关 灯泡外 上述器材应选用 用序号字母表示 2 为了使实验顺利进行 在如图8 6 4 甲 的实物图中已经完成部分连线 请完成剩余的连线 3 某同学测得灯丝电阻r与灯泡两端电压变化关系如图8 6 4 乙 所示 由图可知 正常发光时灯丝的电阻是 图8 6 4 2 根据以上分析连线如下图所示 3 由乙图读得灯泡在正常发光时 u 12v 的阻值为6 2 6 4 范围内 与热敏电阻特性有关的实验图8 6 5为某一热敏电阻 电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的i u关系曲线图 图8 6 5 1 为了通过测量得到图所示i u关系的完整曲线 在图8 6 6 a b 两个电路中应选择的是图 简要说明理由 电源电动势为9v 内阻不计 滑动变阻器的阻值为0 100 2 在图8 6 6 c 电路中 电源电动势恒为9v 电流表读数为70ma 定值电阻r1 250 由热敏电阻的i u关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为v 电阻r2的阻值为 图8 6 6 1 由图8 6 5可知 热敏电阻的阻值大于滑动变阻器的最大阻值 并且加在热敏电阻的电压从零开始增大 图8 6 6 a 电路电压可从0v调到所需电压 调节范围较大 2 对图8 6 6 c 所示电路 由欧姆定律可得流过r1的电流i1 36ma 设流过电流表的电流为i 则流过热敏电阻的电流值为i2 i i1 34ma 由图8 6 5的i u关系曲线可得到此时热敏电阻两端电压u 5 2v 进而得到电阻r2两端电压为u2 9v 5 2v 3 8v 其阻值r2 111 8 本题是由热敏电阻的i u关系曲线图来判断电路的接法 求解电路中其他电阻的阻值问题 它突出了读图能力和对电路的分析能力 变式训练2 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性 现有器材 直流恒流电源 在正常工作状态下输出的电流恒定 电压表 待测热敏电阻 保温容器 温度计 开关和导线等 1 若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性 请你在图8 6 7 a 的实物图上连线 图8 6 7 2 实验的主要步骤 正确连接电路 在保温容器中注入适量冷水 接通电源 调节并记录电源输出的电流值 在保温容器中添加少量热水 待温度稳定后 闭合开关 断开开关 重复第 步操作若干次 测得多组数据 3 实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值 并据此绘得图8 6 7 b 的r t关系图线 请根据图线写出该热敏电阻的r t关系式 r t 保留3位有效数字 解析 1 如下图所示 2 记录电压表电压值 温度计数值 3 r 100 0 500t 基础训练 1 为探究小灯泡l的伏安特性 连好图8 6 8所示的电路后闭合开关 通过移动变阻器的滑片 使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大 直到小灯泡正常发光 由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的u i图像应是 基础训练 答案 c 基础训练 2 小灯泡的伏安特性曲线如图8 6 9所示 只画出了ab段 由图可知 当灯泡两端电压由3v变为6v时 其灯丝电阻改变了 图8 6 9 基础训练 3 利用如图8 6 10所示的电路测量电流表的内阻 闭合电键s 当变阻器的滑片滑至c处时 测得电流表和电压表的示数分别是40ma 9v 已知图8 6 10中热敏电阻的i u关系图线如图8 6 11所示 则电流表的内阻为 图8 6 10 基础训练 a 0 14 b 85 c 140 d 225 图8 6 11 基础训练 基础训练 4 在做 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 采用的仪器有 电源e 电动势6v 内阻不计 额定电压4 0v的小灯泡l 电流表 量程为0 6a 内阻约2 电压表 量程5v 内阻约15k 滑动变阻器r 最大阻值15 电键s 导线若干 实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调 1 在做实验时 连成的实物电路图如图8 6 12所示 基础训练 请你指出上述实验电路图中的错误之处 2 请你在虚线方框中画出实验所用的正确的电路原理图 电流表没有接成外接电路 滑动变阻器没有接成分压式电路 基础训练 3 如图8 6 13所示为某同学根据正确的实验电路图所测得的几组数据画出的i u图像 图像是一条曲线而不是直线的原因是 从图像中可求得小灯泡正常发光时的电阻是 图8 6 13 基础训练 提升训练 5 某同学用图8 6 14所示电路 描绘标有 3 8v 0 3a 的小灯泡的灯丝电阻r随电压u变化的图像 1 除了导线和开关外 有以下一些器材可供选择 电流表 a1 量程100ma 内阻约2 a2 量程0 6a 内阻约0 3 电压表 v1 量程5v 内阻约5k v2 量程15v 内阻约15k 图8 6 14 提升训练 滑动变阻器 r1 阻值范围0 10 r2 阻值范围0 2k 电源 e1 电动势为1 5v 内阻为0 2 e2 电动势为4v 内阻约为0 04 为了调节方便 测量准确 实验中应选用电流表 电压表 滑动变阻器 电源 填器材的符号 a2 v1 r1 e2 提升训练 2 根据实验数据 计算并描绘出r u的图像如图8 6 15所示 由图像可知 此灯泡在不工作时 灯丝电阻为 当所加电压为3 0v时 灯丝电阻为 灯泡实际消耗的电功率为 w 图8 6 15 0 78 11 5 1 5 提升训练 3 根据r u图像 可确定小灯泡耗电功率p与外加电压u的关系 符合该关系的示意图是下图中的 a 拓展训练 6 某研究性学习小组为了制作一种传感器 需要选用一电器元件 图8 6 16为该电器元件的伏安特性曲线 有同学对其提出质疑 现需进一步验证该伏安特性曲线 实验室备有下列器材 图8 6 16 拓展训练 拓展训练 1 为提高实验结果的准确程度 电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 以上均填器材代号 2 为达到上述目的 请在虚线框内画出正确的实验电路原理图 并标明所用器材的代号 拓展训练 3 若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合 请说明该伏安特性曲线与小灯泡的伏安特性曲线有何异同点 相同点 不同点 拓展训练 解析 1 图像中电流为0 0 14a 电流表选a2 电源电压6v 但图像只要求电压在0 3v之间调整 为了测量准确电压表选v1 由于绘制图像的需要 要求电压从0 3v之间调整 所以滑动变阻器只能采用分压式接法 为了能很好调节电压 滑动变阻器应选用阻值较小的r1 拓展训练 拓展训练 从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点 特点都是 非线性 图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数 相同点 通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小灯泡的电流与电压的变化关系都是非线性关系 不同点 该元件的电阻随电压的增大而减小 而小灯泡的电阻值随电压的增大而增大 拓展训练 7 2010全国卷 如图8 6 17 一热敏电阻rt放在控温容器m内 为毫安表 量程6ma 内阻为数十欧姆 e为直流电源 电动势约为3v 内阻很小 r为电阻箱 最大阻值为999 9 s为开关 已知rt在95 时的阻值为150 在20 时的阻值约为550 现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下rt的阻值 图8 6 17 拓展训练 1 在图中画出连线 完成实验原理电路图 2 完成下列步骤中的填空 依照实验原理在电路图上连线 调节控温容器m内的温度 使得rt温度为95 将电阻箱调到适当的初值