高考总复习物理课件 实验8描绘小电珠的伏安特性曲线

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线考点一实验目的描绘小电珠的伏安特性曲线并分析其规律．考点二实验原理利用电流表测出通过小电珠的电流，利用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U—I坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线了．考点三实验器材小电珠(3.8V,0.3A)或(9V,0.7A)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20Ω)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．考点四实验步骤1．根据小电珠上标示的额定电压和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程；2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图1所示的电路；3．将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多组U、I数值，将测量数据填入表格中；4．断开开关，拆除电路．图2考点五数据处理实验中的U、I数据记入下表中

(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；(2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，得出小电珠的伏安特性曲线．

U/V00.20.40.60.91.21.62.02.42.83.23.53.8I/A0考点六误差分析1．电表的精度和读数带来的误差；2．描点、作图所带来的误差；3．对图象进行分析计算所带来的误差．考点七注意事项1．实验前注意检查电表是否指零，如果不指零，要调节定位螺丝使指针指零．经过计算可知，小电珠电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小电珠两端的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法；

2.实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换．当U≤3V时采用0～3V量程；U＞3V时采用0～15V量程；3．闭合电键S前，滑动变阻器滑片应移到一端，使开关闭合时小电珠两端的电压能从0开始逐渐增大，在滑片移动的过程中，加在小电珠两端的电压不要超过小电珠的额定电压．4．画U—I图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别偏离较远的点应该舍弃．题型一仪器及电路的选择[例1]

在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，使用的小电珠为“6V,3W”，其他可供选择的器材有：电压表V1(量程6V，内阻20kΩ)电压表V2(量程20V，内阻60kΩ)电流表A1(量程3A，内阻0.2Ω)电流表A2(量程0.6A，内阻1Ω)变阻器R1(0～1000Ω，0.5A)变阻器R2(0～20Ω，2A)学生电源E(6V～8V)开关S及导线若干．实验中要求电压表在0～6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表应选用________，变阻器应选用________．在图所示的方框中画出实验的原理图．[解析]

小灯泡额定电压为6V，额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A，最大电压不超过6V，在选择电压表和电流表时，本着安全、精确的原则，安全原则即量程要大于所测电流或电压值，精确原则是量程要尽量小，量程越小测量越精确，故电流表应选A2，电压表应选V1；滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则．“安全”即流过变阻器最大电流(I＝E/R)应小于允许通过的最大电流．

“方便”即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻，本实验中的小灯泡在正常工作时电阻为R灯＝＝Ω＝12Ω，故应选用R2.连接电路时，变阻器采取分压式；电流表接成外接法．原理如图2所示．

图2[答案]

A2

R2如图2所示题后反思：仪器选择的一般顺序是先易后难．首先确定出必须使用而又不必选择的仪器，然后以其为突破口，根据电路要求和电路计算，选择出电源、滑动变阻器、电流表、电压表以及合理的量程．待测电阻的额定电流、额定电压(估算值)是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据．(2009·福建高考)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3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3器材(代号)规格电流表(A1)量程0～50mA，内阻约为50Ω电流表(A2)量程0～200mA，内阻约为10Ω电压表(V1)量程0～3V，内阻约为10kΩ电压表(V2)量程0～15V，内阻约为25kΩ滑动变阻器(R1)阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A滑动变阻器(R2)阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA直流电源(E)输出电压6V，内阻不计开关(S)导线若干(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，请在图4的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．(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电珠的伏安特性曲线有何异同点？

图4相同点：________________________________；不同点：________________________________.解析：图中的(1)从所给的伏安特性曲线看出，最大电流为0.14A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1A＝0.4A<1A，而R2的阻值太大，所以选择R1.(2)待测元件的电阻满足RA<Rx≪RV，所以选择电流表外接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所以选择滑动变阻器分压式连接．

(3)伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减小的，所以是非线性的．而小电珠的灯丝是金属，其伏安特性曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻率是随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．答案：(1)A2

V1

R1(2)电路如图5所示图5

(3)伏安特性曲线都是非线性的小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻减小

题型二实物图连线[例2]如图6所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：图6A．待测电阻Rx(约100Ω)；B．直流毫安表(量程0～10mA，内阻50Ω)；C．直流电压表(量程0～3V，内阻5kΩ)D．直流电源(输出电压4V，内阻不计)E．滑动变阻器(阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A)F．开关1个，导线若干条．根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．

实物连续如图7所示．

图7[答案]

如图7所示．题后反思：分压电路的实物连接是学习的难点，连线时可先连电源→开关→滑动变阻器两端(阻值最大)，再连接待测电阻支路，最后将伏特表并联到Rx两端．连图时要尽量按照电流的流向，先“串”后“并”，先“干路”后“支路”，同时也要注意电压表和电流表接线柱的“＋”、“－”．

(2008·天津高考)用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将实物图8连线成为实验电路．图8解析：从题目中给的电压表的内阻和电流表的内阻以及待测电阻R0的阻值可以判断测量电路要用电流表内接法，滑动变阻器的电阻比较小，所以电源电路采用分压法．答案：实物连接如图9图91．有一规格为“220V,100W”的灯泡，现用一准确的欧姆表测其电阻，测量的结果是 (

)A．大于484Ω

B．等于484ΩC．小于484ΩD．无法确定解析：R＝＝Ω＝484Ω是灯发热状态下的电阻．用欧姆表测量时，灯丝温度为室温，所以其阻值比484Ω小．答案：C2．要测定小灯泡L“2.5V,0.3A”的伏安特性曲线，测量电路应选用下图中的哪种电路 (

)解析：一般小灯泡的电阻比较小，与电流表内阻差不太远，而与电压表内阻相差太远所以为使测量准确，应选安培表外接法，故选A.答案：A3．用下列器材，测定小灯泡的额定功率(A)待测小灯泡，额定电压6V，额定功率约为3W(B)电流表：量程0.6A、内阻约为0.5Ω(C)电压表：量程3V、内阻约为5kΩ(D)滑动变阻器R：最大阻值20Ω、额定电流1A(E)电源：电动势10V、内阻很小(F)定值电阻：R0＝10kΩ(G)开关一个，导线若干(1)画出实验电路图；(2)实验中，电压表的示数应调为多少伏？若此时电流表示数为1A，则小灯泡的额定功率为多大？答案：(1)电压表的量程小于小灯泡的额定电压，可串联定值电阻R0改装成量程为9V的电压表．小灯泡的额定电流约为I灯＝0.5A，电阻大约为R灯＝12Ω≪15kΩ，所以应将电流表外接．实验电路如图10所示

图10(2)小灯泡两端的电压调为6V时，电压表两端的电压为：U＝U灯＝×6V＝2V，即电压表示数应调为2V，小灯泡额定功率为6W4．某同学用如图11所示的电路欲测绘标有“3.8V

0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象．

图11(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2Ω)A2(量程0.6A，内阻约0.3Ω)；电压表：V1(量程5V，内阻约5kΩ)；V2(量程15V，内阻约15kΩ)；滑动变阻器：R1(阻值范围0～10Ω)；R2(阻值范围0～2kΩ)；电源：E1(电动势为1.5V，内阻约为0.2Ω)；E2(电动势为4V，内阻约为0.04Ω)．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)(2)根据实验数据，计算并描绘出R—U的图象，如图12所示．由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_____Ω；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为______Ω，灯泡实际消耗的电功率为______W图12(3)根据R—U图象，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________．答案：(1)对器材的选用应以安全、实用为原则．小灯泡的额定电压和额定电流分别为3.8V和0.3A，故电压表应选V1，电流表应选A2；由于是分压接法，故滑动变阻器应选R1，电源应选E2.(2)由R—U图象可看出：U＝0时，小灯泡不工作，对应电阻为1.5Ω，当U＝3.0V时，对应的电阻为11.5Ω.此时，灯泡实际消耗的功率P＝＝0.78W.(3)由R—U图线可看出，随U的增大，电阻的变化越来越小，而P＝，随U的变化，功率P的变化将更加明显，故选A.5．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图13所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：

图13(1)若电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小电珠不亮，则断路的导线为________；(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小电珠亮，则断路的导线为________；(3)若反复调节滑动变阻器，小电珠亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为________．解析：将实物图转化成原理图，如图14所示图14(1)电压表有示数说明电压表与供电电路相连，而小灯泡不亮，故d导线断．(2)电压表示数为零，电流表为0.3A，则电压表与电源断开，故h导线断．(3)无论如何调节，电压表、电流表示数不能调为零，说明变阻器不为分压式接法，但灯泡仍亮且变化，故g导线断．答案：(1)d

(2)h

(3)g

6．如图15甲所示，为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I—U特性曲线的实验电路图．图15(1)根据电路图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实验电路连接完整．(2)开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于________端(选填“A”、“B”或“AB中间”)．(3)实验中测得有关数据如下表：U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27根据表中的实验数据，在图16中画出小灯泡的I—U特性曲线．

图16

(4)若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Ω，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比，试估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为________℃.解析：(1)实验电路连接如图17所示．

图17

(2)开关S闭合后，调节滑动变阻器应使小灯泡两端的电压从0逐渐增大，防止小灯泡被烧毁．所以开关S闭合之前，滑片应该置于A端．(3)画出的小灯泡的I—U特性曲线，如图18所示．

图18(4)从图18中可以得出，小灯泡的电压为2.5V时，通过小灯泡的电流为0.26A，小灯泡以额定功率工作时灯丝的电阻为：R＝＝9.6Ω，由题意知，灯丝的电阻值与灯丝的热力学温度成正比，则有：R∶T＝R1∶T1，解得T＝＝K＝1920K灯丝的温度为：t＝T－273＝1647℃.答案：(1)见图17

(2)A

(3)见图18

(4)16477．(2008