选修3-1 第七章 实验八.ppt

实验八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.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U-I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很小，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。3.滑动变阻器两种接法的对比,方式,内容,方式,内容,4.分压和限流电路的选择原则(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，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(或电压)，此时，则必须选用分压式电路。(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，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，应用分压式电路。(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。(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、能耗低。,【实验器材】小电珠(3.8V，0.3A)或(2.5V，0.6A)一个、电压表(03V15V)与电流表(00.6A3A)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】一、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，按如图所示的原理图连接好实验电路。,2.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.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。4.拆除电路，整理仪器。,二、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。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。,锦囊妙诀：电路连接是关键，先串后并把线连，滑动变阻要分压，A表外接减误差，电压从零开始变，I-U坐标连曲线，要对图线细研究，得出规律记心间。,【误差分析】1.系统误差由于电压表、电流表不是理想电表，电表内电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。,【注意事项】1.闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为0的一端，从而使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而被烧坏。2.I-U图线在U=1.0V左右将发生明显弯曲，故在U=1.0V左右要多测几组数据，以防出现很大误差。3.误差较大的点要舍去，I-U图线应是平滑曲线而非折线。4.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，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。,【实验改进】1.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。,2.与原数据处理方式的比较(1)原方案：优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并亲自动手绘出伏安特性曲线，可锻炼学生的读数、动手操作能力。缺点：学生读数、绘图带来较大误差。(2)改进方案：优点：电压、电流由传感器测出，由电脑进行数据分析，再进行绘图，快捷、准确，误差较小。缺点：一切在电脑上进行，学生的动手能力得不到锻炼。,热点1对实验原理、注意事项的考查【典例1】(2012安徽高考)如图为“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2.5V。,(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，逐渐移动变阻器的滑片,。断开开关根据实验数据在方格纸上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。,【标准解答】(1)开关闭合前应使小灯泡两端的电压为0，所以应使滑动变阻器的滑片滑至最左端。实验中要测出多组小灯泡两端的电压和电流值，因此闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电压表和电流表的多组读数，电压表的读数不应超过2.5V。(2)根据实物图画出电路图如图：,答案：(1)使滑动变阻器的滑片滑至最左端增加小灯泡两端的电压，记录电压表和电流表的多组读数，直至电压表示数达到小灯泡的额定电压(2)电路图见标准解答,热点2电路的连接和实验数据分析【典例2】(2011广东高考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5V,0.6W)，滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。(1)粗测小电珠的电阻，应选择多用电表倍率的电阻挡(请选填“1”“10”或“100”)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲，结果为。,(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线。(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于端，为使小电珠亮度增加，P应由中点向端滑动。(4)如表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点间多测几组数据(请选填“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)。,【标准解答】(1)因为小电珠的电阻比较小，故应该选“1”倍率，由题图读得电阻为7.5。(2)因为小电珠的电阻比较小，故伏安法测量时应该用电流表外接法，测量的电压应该从零开始，故滑动变阻器要用分压式接法，实物连接如图所示。,(3)开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加，应使滑片从中点向b端滑动。(4)ab之间电流增加了0.122A，其他段电流依次增加了0.03A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值。答案：(1)17.5(2)见标准解答图(3)ab(4)ab,【双基题组】1.(2013青岛模拟)在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是()A.电珠中灯丝已烧断B.滑片接触不良C.电珠内部短路D.滑动变阻器A端接触不良,【解析】选C。由题图知，若电压表的电阻无穷大，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错。若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错。若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变，故D错。若电珠内短路则电珠两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C。,2.(2013厦门模拟)在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中，可以同时测定小电珠的功率和电阻。(1)测得的小电珠的功率与实际的功率相比较，测量功率()A.总偏大B.总偏小C.无误差D.都有可能(2)小电珠的电阻的测量值与实际值相比较()A.偏大B.偏小C.有时偏大，有时偏小D.都有可能,【解析】(1)此实验电路为电流表外接，根据P=UI，电流I测I真，所以P测P真。(2)电流表外接时，U测=U真，I测I真，故R测R真。答案：(1)A(2)B,3.(2013济南模拟)有一个小电珠上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的U-I图线，有下列器材供选用：A.电压表(05V，内阻10k)B.电压表(010V，内阻20k)C.电流表(00.3A，内阻1)D.电流表(00.6A，内阻0.4)E.滑动变阻器(5，10A)F.滑动变阻器(500，0.2A)(1)实验中电压表应选用，电流表应选用。(用序号字母表示),(2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用(用序号字母表示)。(3)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。,【解析】(1)因电珠的额定电压为4V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故只能选用05V的电压表，故选A。由P=UI得，电珠的额定电流故应选择00.6A量程的电流表，故选D。(2)由题意可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E。,(3)电珠内阻电压表内阻远大于电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示。答案：(1)AD(2)E(3)见解析,【高考题组】4.(2012四川高考)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“4.0V0.7A”；电流表A1,量程3A,内阻约为0.1;电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2;电压表V，量程3V，内阻rV=9k；标准电阻R1,阻值1;标准电阻R2，阻值3k;滑动变阻器R，阻值范围010;,学生电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干。(1)甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为。,(2)乙同学又设计了如图丙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。,【解析】(1)由题意可知电压表的满偏电压为3.0V，则图示电压为2.3V，所以L的电阻为(2)由题意可知电压表的满偏电压为3.0V，则通过电压表的电流为此时通过定值电阻R2的电流也是则定值电阻R2两端的电压为=1.0V，所以灯泡L两端的电压为U=U1+U2=4.0V。答案：(1)5(2)4,5.(2011福建高考)某同学在探究规格为“6V，3W”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)A.直流电压10VB.直流电流5mAC.欧姆100D.欧姆1,(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围020，额定电流1.0A)，L为待测小电珠，为电压表(量程6V，内阻20k)，为电流表(量程0.6A,内阻1),E为电源(电动势8V，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；(选填“左”或“右”),.在实验过程中，已知各元器件均无故障，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；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线).该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而。(选填“不变”“增大”或“减小”),【解析】(1)由小电珠的规格可知，其电阻约为故选D。(2).由于电压应从零开始，结合分压接法的特点，开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于最左端。.由于电压表和电流表总是调不到零，因此滑动变阻器不是分压接法，各元件无故障则是1点到5点导线没有连接好。.由I-U图像的斜率越来越小可知小电珠的电阻值随工作电压的增大而增大。答案：(1)D(2).左.15(51).增大,6.(2010安徽高考)太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据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。,(1)为了达到上述目的，请将图甲连成一个完整的实验电路图。(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的I-U图像。由图可知，