(全国通用)2014届高三物理复习能力提升 第10章 实验12 描绘小电珠的伏安特性曲线

1 实验十二实验十二 描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线 考纲解读 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 安特性曲线为什么不是一条直线 基本实验要求 1 实验原理 1 测多组小电珠的U I 并绘出I U图象 2 由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系 2 实验器材 小电珠 3 8 V 0 3 A 电压表 0 3 V 15 V 电流表 0 0 6 A 3 A 滑动变阻器 学生电 源 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 3 实验步骤 1 画出电路图 如实验原理图甲 2 将小电珠 电流表 电压表 滑动变阻器 学生电源 开关用导线连接成如实验原理图乙所示电 路 3 测量与记录 移动滑动变阻器触头位置 测出 12 组左右不同的电压值U和电流值I 并将测量数据填入自己设计的 表格中 4 数据处理 在坐标纸上以U为横轴 I为纵轴 建立直角坐标系 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 2 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 4 实验器材选取 1 原则 安全 精确 操作方便 2 具体要求 电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流 干电池中电流一般不允许超过0 6 A 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 电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上 1 3 从便于操作来考虑 限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器 分压式接法要选用小阻值滑 动变阻器 规律方法总结 1 滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 两种接法的电路图 负载R上电压的调节范围 U E RE R R0 0 U E 负载R上电流的调节范围 I E R R0 E R 0 I E R 2 两种接法的适用条件 1 限流式接法适合测量阻值较小的电阻 跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电 阻还小 2 分压式接法适合测量阻值较大的电阻 一般比滑动变阻器的总电阻要大 3 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接法 本实验要作出U I图象 要求测出多组包括零在内的电流 电压 值 故控制电路必须采用分压式接法 3 保护元件安全 为保护元件不被烧毁 开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处 加在小 电珠两端的电压不要超过其额定电压 4 误差分析 1 由于电压表不是理想电表 内阻并非无穷大 对电路的影响会带来误差 电流表外接 由于电压 表的分流 使测得的电流值大于真实值 2 测量时读数带来误差 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 3 考点一 对实验原理和电路设计的考查 例 1 2012 四川理综 22 2 某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线 可供选用的器材如 下 小灯泡 L 规格 4 0 V 0 7 A 电流表 A1 量程 3 A 内阻约为 0 1 电流表 A2 量程 0 6 A 内阻r2 0 2 电压表 V 量程 3 V 内阻rV 9 k 标准电阻R1 阻值 1 标准电阻R2 阻值 3 k 滑动变阻器R 阻值范围 0 10 学生电源E 电动势 6 V 内阻不计 开关 S 及导线若干 甲同学设计了如图 1 甲所示的电路来进行测量 当通过 L 的电流为 0 46 A 时 电压表的示数如图 乙所示 此时 L 的电阻为 甲 乙 图 1 乙同学又设计了如图 2 所示的电路来进行测量 电压表指针指在最大刻度时 加在 L 上的电压值 是 V 图 2 图 3 学习小组认为要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲线 需要重新设计电路 请你在乙同学的 基础上利用所供器材 在图 3 所示的虚线框内补画出实验电路图 并在图上标明所选器材代号 答案 5 4 见解析图 4 解析 电压表的示数U 2 30 V 所以灯泡 L 的电阻RL 5 U I 2 30 0 46 由题图知电压表 V 与R2串联 根据串联分压 当电压表 V 的示数为 3 V 时 R2两端的电压 U2 R2 3 000 V 1 V 所以灯泡两端的电压U UV U2 3 1 V 4 V UV rV 3 9 000 要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲线 则电压表的量程应变为 4 0 V 电流表的量程应变为 0 7 A 因此将电压表 V 与标准电阻R2串联改装成量程为 4 0 V 的电压表 将电流表 A2与标准电阻 R1并联改装成量程为 0 6 A A 0 72 A 的电流表 故虚线框内实验电路如图所示 0 6 0 2 1 考点二 对仪器选取 图象描绘及数据处理的考查 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 75 W 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灯泡的电阻约为 2 然后根据公式计 算出该灯泡的额定电压U V 1 22 V 他们怀疑所得电压值不准确 于是 再利用 PR2 0 75 下面可供选择的实验器材设计一个电路 测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯 泡的U I图线 进而分析灯泡的额定电压 A 电压表 V 量程 3 V 内阻约 3 k B 电流表 A1 量程 150 mA 内阻约 2 C 电流表 A2 量程 500 mA 内阻约 0 6 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 0 V 内阻不计 G 开关 S 和导线若干 H 待测灯泡 L 额定功率 0 75 W 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 该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加 当电压达到 1 23 V 时 发现灯泡亮 度很暗 当达到 2 70 V 时 发现灯泡已过亮 便立即断开开关 并将所测数据记录在下边表格中 次数 1234567 5 U V0 200 601 001 401 802 202 70 I mA80155195227255279310 请你根据实验数据在图 4 中作出灯泡的U I图线 图 4 3 由图象得出该灯泡的额定电压应为 V 这一结果大于 1 23 V 其原因是 解析 1 根据P I2R 估算灯泡的电流大约是 600 mA 因此电流表应选 A2 本实验要描绘出灯泡 的U I图线 需要测量多组数据 因此滑动变阻器应接成分压式 所以应选阻值较小的R1 小灯泡 电阻不大 电流表应外接 2 如图所示 3 由P UI 0 75 W 再结合图象可知U额 2 5 V 大于 1 23 V 的原因是由于灯泡冷态电阻小于正 常工作时的电阻 答案 1 电路原理图如图所示 A2 R1 2 见解析图 3 2 5 2 4 2 6 灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻 或灯泡电阻随温度升高而变大 6 48 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 看清题目要求测定什么物理量 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式 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 则设计为内接 若Rx R0 则设计为外接 若电表量程不 RARV 合适 往往还要用定值电阻对电表进行改装 3 在控制电路中 滑动变阻器有分压式 限流式两种接法 若变阻器阻值较小 一般设计为 分压式 若变阻器阻值较大 一般设计为限流式 在二者都可行时 应先考虑限流方式 但下面三种 情形必须设计为分压式接法 1 数据要求从 0 开始变化 2 变阻器阻值太小 限流限不住 3 调节变阻器时 不能获取有区分度的多组数据 答案 1 A2 V1 R1 2 如图所示 3 减小 0 12 7 1 2012 安徽理综 21 图 6 为 测绘小灯泡伏安特性曲线 实验的实物电路图 已知小灯泡额定电 压为 2 5 V 图 6 1 完成下列实验步骤 闭合开关前 调节滑动变阻器的滑片 闭合开关后 逐渐移动滑动变阻器的滑片 断开开关 根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线 2 在虚线框中画出与实物电路相应的电路图 答案 1 使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 增加小灯泡两端的电压 记录电流表和电压表的 多组读数 直至电压达到其额定电压 2 见解析图 解析 1 滑动变阻器为分压式接法 故闭合开关前 小灯泡两端的电压为零 调节滑动变阻器的滑 片 使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 闭合开关后 逐渐移动滑动变阻器的滑片 增加小灯泡两 端的电压 记录电流表和电压表的多组读数 直至电压达到额定电压 2 与实物电路相应的电路图如图所示 2 2011 福建理综 19 2 某同学在探究规格为 6 V 3 W 的小电珠伏安特性曲线实验中 1 在小电珠接入电路前 使用多用电表直接测量小电珠的电阻 则应将选择开关旋至 挡进行测量 填选项前的字母 8 A 直流电压 10 V B 直流电流 5 mA C 欧姆 100 D 欧姆 1 9 2 该同学采用图 7 所示的电路进行测量 图中R为滑动变阻器 阻值范围 0 20 额定电流 1 0 A L 为待测小电珠 为电压表 量程 6 V 电阻 20 k 为电流表 量程 0 6 A 内阻 1 E为电源 电动势 8 V 内阻不计 S 为开关 在实验过程中 开关 S 闭合前 滑动变阻器的滑片P应置于最 端 填 左 或 右 在实验过程中 已知各元件均无故障 但闭合开关 S 后 无论如何调节滑片P 电压表和电流表的 示数总是调不到零 其原因是 点至 点的导线没有连接好 图中的黑色小圆点表示 接线点 并用数字标记 空格中请填写图 7 中的数字 该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图 8 所示 则小电珠的电阻值随 工作电压的增大而 填 不变 增大 或 减小 答案 1 D 2 左 1 5 或 5 1 增大 解析 1 因小电珠正常发光时的电阻R 12 小电珠未接入电路的电阻要比正常发光 U2 P 36 3 时小得多 因温度的影响 故用多用电表测未接入电路的小电珠的电阻 应选 D 2 在实验时 闭合开关前 应使用电器的电压 电流为最小值 故应使滑片P置于最左端 若 1 点到 5 点未接好 则电路成为滑动变阻器的限流式电路 在I U图象中的每一点与O点连线的斜率逐渐减小 即电阻的倒数减小 所以电阻增大 3 2011 山东理综 23 2 某同学利用图 9 所示电路 探究了电源在不同负载下的输出功率 图 9 所得实验数据如下表 请在图 10 上画出U I图象 U V1 961 861 801 841 641 56 I A0 050 150 250 350 450 55 图 10 根据所画的U I图象 可求得电流I 0 20 A 时电源的输出功率为 W 保留两位有 效数字 图 7 图 8 10 实验完成后 该同学对实验方案进行了反思 认为按图 9 电路进行实验操作的过程中存在安全隐 患 并对电路重新设计 在图 11 所示的电路中 你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率 又 能消除安全隐患的是 Rx阻值未知 图 11 答案 如图所示 0 37 bc 解析 选择合适标度后描点 连接成图象时 应舍弃第四组数据点 在所画的U I图象上读出与I 0 2 A 对应的电压U值 根据P IU求解 题中 存在安全隐患 意为缺乏保护措施 a 电路中Rx起不到保护作用 d 中Rx起保护作用 但 不能测出电源的输出功率 b c 能满足题目要求 选 b c 4 小亮同学为研究某电学元件 最大电压不超过 2 5 V 最大电流不超过 0 55 A 的伏安特性曲线 在实 验室找到了下列实验器材 A 电压表 量程是 3 V 内阻是 6 k B 电压表 量程是 15 V 内阻是 30 k C 电流表 量程是 0 6 A 内阻是 0 5 D 电流表 量程是 3 A 内阻是 0 1 F 滑动变阻器 阻值范围 0 5 额定电流为 0 6 A G 滑动变阻器 阻值范围 0 100 额定电流为 0 6 A H 直流电源 电动势E 3 V 内阻不计 I 开关 导线若干 该同学设计电路并进行实验 通过实验得到如下数据 I和U分别表示电学元件上的电流和电压 11 I A00 120 210 290 340 380 420 450 470 490 50 U V00 200 400 600 801 001 201 401 601 802 00 1 为了提高实验结果的准确程度 电流表选 电压表选 滑动变阻器选 以上均填写器材代号 2 请在下面的虚线框中画出实验电路图 3 在图 12 中描出该电学元件的伏安特性曲线 图 12 4 据图中描出的伏安特性曲线可知 该电学元件的电阻随温度而变化的情况为 答案 1 C A F 2 见解析图 3 见解析图 4 元件电阻随温度升高而增大 解析 1 从表格中的实验数据可知 电流测量值I的范围为 0 0 50 A 电压测量值U的范围为 0 2 00 V 因此电流表应选 C 电压表应选 A 因为本实验要测量