选修31第八章实验九描绘小电珠的伏安特性曲线

1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线、基本原理与操作操作要领原理电路图(1) 连接电路： 用导线进行实物连线(2) 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，填入自己设计的表格中(3) 画图像： 画 I U 图线、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。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连接3. 保护元件安全： 为保

2、护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的 端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。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。可供选用的器材需要重新改装电3. 在坐标纸上描点、作图带来误差。热点一 教材原型实验 命题角度 实验原理及电路设计的考查 【例 1】 某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线， 如下：小灯泡 L：规格“ 2.5 V 0.5 A”电流表 G1：满偏电流为 1 mA ，内阻为 30 电流表 G2：满偏电流为 10 mA ，内阻为 30 电

3、压表 V：量程 3 V，内阻为 9 k 标准电阻 R1：阻值 1 标准电阻 R2：阻值 0.05 滑动变阻器 R：阻值范围为 010 学生电源 E，电动势 6 V，内阻不计 开关 S 及导线若干。学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡 L 完整的伏安特性曲线， 流表并设计电路。(1) 电流表应该选 ，标准电阻应该选 。(2) 在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。解析 绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程3 V 可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。根据并联分流规律可知，电流表 G1与标准电阻 R2并联，可将量程扩大到 0.6 A，满

4、足实验需要。由于电流表和电压表内阻均已知，采用电流表内接或外接均可答案 （1）G1 R2 （2）如图所示命题角度 数据处理及实验结果的应用 【例 2】 （2017·全国卷 ，23）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 3.8 V ，额定电流 0.32 A） ；电压表 （量程 3 V，内阻 3 k）； 电流表 （量程 0.5 A，内阻 0.5 ；）固定电阻 R0（阻值 1 000 ；）滑动变阻器 R（阻 值 09.0 ；）电源 E（电动势 5 V，内阻不计 ）；开关 S；导线若干。（1）实验要求能够实现在 03.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量， 画

5、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 1 a所示。图1由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻 （填“增大”“不变”或“减小” ），灯丝的电阻率 （填“增大”“不变”或“减小” ）。（3）用另一电源 E0（电动势 4 V，内阻 1.00 ）和题给器材连接成图 b 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 )解析 (1)电压表量程为 3 V，要求能够实现在 03.8 V 的范围内对小灯泡的电压 进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目

6、中要求小灯泡两端电 压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法， 小灯泡的电阻 RLUI 03.382 11.875RL RV，所以RRAL<RRVL，故电流表用外接法，如图所示。(2) 由 I U 图像知，图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻 随电流的增大而增大，根据电阻定律 RSl 知，灯丝的电阻率增大。(3) 当滑动变阻器的阻值最大为 9.0 时，电路中的电流最小， 灯泡实际功率最小，14由 EUI(Rr)得 I 10U10，作出图线 如图所示。由交点坐标可得 U11.78 V ，I1221 mA，P1 U1I10.39 W；当滑动变阻器电 1E阻值 R0 时，灯泡消耗的

7、功率最大，由 EUI(Rr)得，I 1 U E ， R rR r即 IU4，作出图线如图所示。由交点坐标可得， U23.68 V，I20.318 A， 最大的功率为 P2U2I21.17 W。答案 (1)见解析 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17热点二 实验拓展创新【例 3】 （2018·全国卷，23）某实验小组利用如图 2（a）所示的电路探究在 25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室 （图中虚线区域 ）中 的热敏电阻 RT，其标称值（25 时的阻值）为900.0 ；电源 E（6 V，内阻可忽略）； 电压表 （量程 150 mV）；定值电阻 R0（阻值

8、 20.0 ，）滑动变阻器 R1（最大阻值为 1 000 ；）电阻箱 R2（阻值范围 0 999.9 ；）单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2。 实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度 t升至 80.0 。将S2与1端接 通，闭合 S1，调节 R1的滑片位置，使电压表读数为某一值 U0；保持 R1 的滑片位 置不变，将 R2置于最大值，将 S2与 2 端接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0； 断开 S1，记下此时 R2 的读数。逐步降低温控室的温度 t，得到相应温度下 R2 的阻 值，直至温度降到 25.0 。实验得到的 R2t 数据见下表。t/25.030.040.050.060

9、.070.080.0R2/ 900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：（1）在闭合 S1前，图（a）中R1的滑片应移动到 （填“a”或“b ”端）；（2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R2t 曲线；图2(3) 由图(b)可得到 RT在 25 80 范围内的温度特性曲线。当 t44.0 时，可 得 RT ；(4) 将 RT 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图 (c)所示，该读数为 ，则手心温度为 。解析 (1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1 前， R1应该调节到 接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小

10、，即题图 (a)中 R1 的滑片应移到 b 端。(2) 将 t60 和 t70 对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可 能多的数据点画出 R2t 曲线。(3) 根据题述实验过程可知，测量的 R2 的数据等于对应的热敏电阻 RT的阻值。由 画出的 R2t 曲线可知，当 t44.0 时，对应的 RT450 。(4) 由图(b)知 R2620.0 ，由画出的 R2t 曲线可知，当 R2620.0 时，手心温 度 t 33.0 。答案 (1)b (2)如图 (3)450 (4)620.0 33.01. (2019凉·山市一诊 )某同学在实验室把滑动变阻器与一只“ 3 V、0.9 W

11、”的小灯 泡 L 及开关 S 按此图接在电动势为 3 V 的电源上。图3(1) 当 S闭合时，灯泡发光。若将滑片 P 向右滑动，灯泡将 。A.变暗B.变亮C.亮度不变D.可能烧坏(2) 继续探究该小灯泡在不同电压下的电阻值及功率变化，有下列器材供选用： 电流表 G：满偏电流 10 mA，内阻 r130 ；电压表 V：量程 3 V，内阻约 2 k；标准电阻 R1：阻值 4 ；标准电阻 R2：阻值 1 ；滑动变阻器 R3：阻值范围为 010 ； 学生电源：电动势 4 V； 开关 S 及导线若干。为了准确地测出小灯泡从 0开始在不同电压下的阻值， 标准电阻应选 (填器材符号)。(3) 在图中虚线框中

12、画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。 解析 (1)当 S闭合时，灯泡发光。若将滑片 P 向右滑动，阻值变小，故灯变亮， 选项 B 正确。(2)小灯泡参数， “3 V、0.9 W” 可知其电阻约为 10 ，额定电流约为 0.3 A。电 流表 G：满偏电流 10 mA ，量程太小，故把电流表 G，改装为大量程电流表。选 10×30标准电阻 R2 时，量程为 10 mA 1 mA 310 mA0.31 A。改装后的量程扩 大了 31 倍，较为合适，故选择标准电阻 R2。(3) 继续探究该小灯泡在不同电压下的电阻值及功率变化，要求电压、电流从 0 开始调节，故滑动变阻器采用分压式。由于

13、改装后的电流表内阻已知，故用内接 式。电路如图所示。答案 (1)B (2)R2 (3)见解析2. 为描绘一只标有“ 2.5 V 0.75 W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供 了如下实验器材：电压表 V(量程 03 V，内阻约为 5 k；) 电流表 A1(量程 00.6 A，内阻约为 1 ；) 电流表 A2(量程 03 A，内阻约为 10 ；) 滑动变阻器 R1(阻值 0 10 )； 滑动变阻器 R2(阻值 0 100 ；) 干电池两节、开关 S 及导线若干。图4图5(1) 为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表 ，滑动变阻器 。(2) 在图 4 所示虚线框内画出实验电路图

14、。(3)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片 P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转， 则故障的原因可能是 。_(4) 排除故障后，正确操作得到多组 U、I 数据，利用Excel软件描绘出小灯泡的伏 安特性曲线如图 5 所示。设小灯泡正常发光时的电阻为 RA，小灯泡两端电压为 0.2 V 时的电阻为 RB，根据图像可以判断出 RA(填“大于”“等于”或“小于” )RB。答案 (1)A1 R1 (2)如图(3) 小灯泡断路 (4)大于3. 某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表 (内 阻约为 3 k)、电流表 (内阻约为 1 、)定值电阻等。图6

15、(1) 使用多用电表粗测元件 X 的电阻。选择“× 1”欧姆挡测量，示数如图 6(a)所 示，读数为 。据此应选择图 6中的 填“(b)”或“(c) 电”路进行实验。(2) 连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动，电流表的示数逐 渐(填“增大”或“减小” )；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y ，重复实验。(3) 图(d)是根据实验数据作出的 UI 图线，由图可判断元件 (填“ X”或“Y”)是非线性元件。(4) 该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R21 的定值电阻，测量待测电 池的电动势 E 和内阻 r，电路如图 (e)所示。闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V； 断开 S2，读数为 1.00 V，结合图(d)的数据可算得 EV，r结(果均保留 2 位有效数字，视电压表为理想电压表 )。解析 (1)欧姆表的读数 R示数 ×倍率，得 R10 ；根