实验09 测绘小电珠的伏安特性曲线（解析版）-高中物理.docx

1、更多资源关注微信公众号：学起而飞 实验九实验九测绘小电珠的伏安特性曲线（解析版）测绘小电珠的伏安特性曲线（解析版） 1.实验原理 (1)测多组小电珠的 U、I 的值,并绘出 I-U 图象。 (2)图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。 2.实验器材 学生电源(4 V6 V 直流)或电池组、小电珠(3.8 V0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标 纸、导线若干。 3.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,按实验原理图连接好实 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)移动滑动变阻器的滑片

2、,测出 14 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。 U/V00.20.40.60.81.01.2 I/A U/V1.62.02.42.83.23.64.0 I/A (4)拆除电路,整理仪器。 4.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(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个 坐标纸为宜)。 更多资源关注微信公众号：学起而飞 (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。 5.误差分析 (1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带

3、来误差。 (2)电流表、电压表的读数带来误差。 (3)在坐标纸上描点、作图带来的误差。 6.注意事项 (1)电路的连接方式 电流表应采用外接法:小电珠(3.8 V0.3 A)的电阻很小,与00.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响 很大。 滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。 (2)闭合开关 S 前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压 从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。 (3)I-U 图线在 U0=1.0 V 左右将发生明显弯曲,故在 U=1.0 V 左右绘点要密,以防出现较大

4、误差。 (4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录 I 后马上断开开关。 (5)误差较大的点舍去,I-U 图线应是平滑曲线而非折线。 【典例 1】要测绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V, 并便于操作。已选用的器材有: 电池组(电动势为 4.5 V,内阻约为 1 ); 电流表(量程为 0250 mA,内阻约为 5 ); 电压表(量程为 03 V,内阻约为 3 k); 开关一个、导线若干。 (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。 A.滑动变阻器(最大阻值为 20 ,额定电流为 1A) B.滑动变阻器(最大阻

5、值为 1750 ,额定电流为 0.3A) (2)实验的电路图应选用下列四个电路图中的(填字母代号)。 (3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V,内阻为 5 的电源两 更多资源关注微信公众号：学起而飞 端,小灯泡消耗的功率是W。 【解析】 (1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法, 滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的,故选 A。 (2)电珠的电阻 R=? 2 ? =15 ,额定电流 I=? ?=0.2 A,由 R=15 ?A?V= 15000 ,依据“大内小外”的原则, 可知电流表应采用外接法,B

6、项正确。 (3)在小电珠的 I-U 图象上作出电源的 I-U 图线,如图乙所示,交点坐标为这个电源给这个小电珠供电时的 电压和电流,此时 P电珠=IU=0.101.0 W=0.1 W。 乙 【答案】(1)A(2)B(3)0.1 【针对训练 1】在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,除小灯泡 L“3.8 V0.3 A”外,可供选择的实验仪器 如下: A.电压表:量程 03 V,内阻约为 6 k B.电流表:量程 04 mA,内阻为 100 C.电流表:量程 0300 mA,内阻约为 5 D.滑动变阻器 R1:最大阻值为 10 ,额定电流为 1.0 A E.滑动变阻器 R2:最大阻值为 5 ,额

7、定电流为 0.5A F.定值电阻 R3:阻值为 2 k G.定值电阻 R4:阻值为 900 H.直流电源 E:电动势约为 6 V,内阻约为 0.5 更多资源关注微信公众号：学起而飞 I.开关 S 一个,导线若干 (1)先将(选填元件前的序号字母)与(选填元件前的序号字母)电阻(选填“串联”或 “并联”),将其改为量程为 4 V 的电压表。 (2)在虚线框内画出实验电路图(改装后的电压表直接用电压表的符号表示)。 (3)其中,滑动变阻器应选;电流表应选。(均填元件前的序号字母) (4)某实验小组完成实验后,利用实验得到的数据描绘出如图甲所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出 的信息,可以判断:

8、图乙所示的该小灯泡的 P-U2或 P-I2图线中(P 为小灯泡的功率),可能正确的是。 【解析】 (1)直流电源电动势约为 6 V,题干所述电压表最大量程为 3 V,所以需要改装出一个量程较大的电 压表。改装成电压表需要给串联一个电阻,其电阻 R=? ?g-Rg= 4 0.004 -100 =900 。 (2)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始连续变化,所以滑动变阻器要采用分压式接法。小灯泡 L“3.8 V0.3 A”的电阻 Rx=? ?= 3.8 0.3 13 ,远小于电压表的内阻,所以用电流表外接法,电路图如图丙所示。 丙 (3)若选用滑动变阻器 R2,则通过滑动变阻器的 最小电流

9、I= ? ?+?2= 3.8 0.5+5 A0.7 A,大于滑动变阻器 R2的额定电流,所以滑动变阻器应选 R1,即 D。小灯泡的额定 电流为 0.3A,所以电流表应选 C。 (4)由图甲可知,小灯泡电阻逐渐增大,根据 P=? 2 ? 可知,P-U2图象的斜率应逐渐减小,B 项正确;根据 P=I2R 可知,P-I2图象的斜率应逐渐增大,D 项正确。 【答案】(1)BG串联(2)电路图如图丙所示(3)DC(4)BD 【典例 2】某物理学习小组要描绘一只小灯泡(2.5 V1.2 W)的伏安特性曲线,有下列器材供选用: 更多资源关注微信公众号：学起而飞 A.电压表(03 V,内阻为 6 k) B.电

10、压表(015 V,内阻为 30 k) C.电流表(03 A,内阻为 0.1 ) D.电流表(00.6 A,内阻为 0.5 ) E.滑动变阻器(010 ,允许通过的最大电流为 5 A) F.滑动变阻器(01 k,允许通过的最大电流为 0.1 A) G.电源(3 V,内阻不计) H.开关一个,导线若干 (1)电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用。(用序号字母表示) (2)如图甲所示,图中有几根导线已经接好,为完成本实验,请用笔画线代替导线,将电路补画完整,要求实验误 差尽可能小。 (3)下表中的数据是该小组在实验中测得的,请在图乙坐标纸上补齐未画出的数据点,用“”表示,并绘出 I-U 图

11、线。根据 I-U 图象可知,该小灯泡灯丝温度升高时,电阻(选填“变大”或“变小”)。 U/V0.000.400.801.001.20 I/A0.000.170.270.300.35 U/V1.501.802.002.202.50 I/A0.390.430.450.470.48 更多资源关注微信公众号：学起而飞 【解析】(1)灯泡额定电压是 2.5 V,电压表应选 A;灯泡额定电流 I=1.2 2.5 A=0.48 A,电流表选 D;为方便实验 操作,滑动变阻器应选总阻值较小的 E。 (2)测绘小灯泡伏安特性曲线时,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法;灯泡正常发光 时的电阻较小,

12、故电流表应采用外接法,连接实物图如图丙所示。 丙 (3)根据描点法得出对应的图象如图丁所示。 丁 由图可知,电阻随温度的升高而增大。 【答案】(1)ADE(2)如图丙所示(3)如图丁所示变大 【针对训练 2】某同学使用如下器材:电源 E(电动势为 12 V);电压表(量程为 15 V,内阻约为 15 k);电流表 (量程为 100 mA,内阻约为 10 );滑动变阻器(最大阻值为 50 );单刀单掷开关;导线若干。测出了一个小灯 泡的伏安特性曲线如图甲所示,已知小灯泡的额定电压为 12 V。 甲 (1)在实验中要尽可能提高实验精度,所用的实验电路图应选图乙中的()。 更多资源关注微信公众号：学

13、起而飞 乙 (2)请根据所选的实验电路图在图丙的实物图上连线。 丙 (3)由小灯泡的伏安特性曲线可求得小灯泡的额定功率 P=W。 (4)由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的电阻在较低电压(02 V)区域几乎不变,在较高电压(7 V10 V)区域 内小灯泡的电阻会随电压的增大而(选填“增大”“不变”或“减小”)。小灯泡在低电压(02 V)区域和高 电压(7 V10 V)区域伏安特性曲线表现出不同规律的原因是。 【解析】(1)由 I-U 图象知电压与电流从零开始,故滑动变阻器应用分压式接法,小灯泡电阻 R ?A?V,故 电流表应用外接法,电路图应选图乙中的 C。 (2)连线如图丁所示。 更多资源关注

14、微信公众号：学起而飞 丁 (3)由小灯泡的伏安特性曲线可读出当 U=12 V 时,I=95 mA,由 P=UI 得小灯泡的额定功率 P=120.095 W=1.14 W。 (4)I-U 图线上某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻,在 7 V10 V 区域内,连线的斜率变小,故小灯泡的 电阻随电压的增大而增大,其原因是低压区域电阻丝发热与散热几乎相等,电阻率不变,在高压区域灯丝的发 热量大于散热量,温度升高,电阻率变大,则灯丝电阻变大。 【答案】(1)C(2)如图丁所示(3)1.14 (4)增大低压区域灯丝发热与散热几乎相等,电阻率不变,高压区域发热量大于散热量,电阻率变大 【典例 3】实验室备有

15、以下器材:电压传感器、电流传感器、滑动变阻器 R1(阻值变化范围为 020 )、滑动 变阻器 R2(阻值变化范围为 01000 )、电动势适当的电源、小灯泡(4 V2 W)、开关、导线若干。 (1)要完整地描绘小灯泡的 U-I 曲线,请在图甲中画出实验电路图,并标出所用滑动变阻器的符号。 甲乙 (2)实验中描绘出的小灯泡 U-I 曲线如图乙所示,由图乙可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而。(选填 “增大”“减小”或“不变”) (3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内阻,实验电路如图丙所示,图中 R0是阻值为 9.0 的保护电阻, 实验中测得多组数据记录在下表中,试在同一坐标系中画出等效电源的

16、U-I 图象,由图象可求出电源自身内阻 约为。 序号123456 U/V4.003.402.802.001.500.80 I/A0.200.250.330.400.460.52 更多资源关注微信公众号：学起而飞 丙丁 (4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路,如图丁所示,此时小灯泡消耗的电功率约为 W。(结果保留 2 位有效数字) 【解析】(1)要描绘小灯泡的伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器要采用分压式接法, 为便于操作应用电阻较小的 R1,由于小灯泡的阻值较小,电流传感器应用外接法,电路图如图戊所示。 戊己 (2)由图乙所示的 U-I 图象可知,随电压与电流的增

17、大,灯泡实际功率增大,灯丝温度升高,电压与电流的比 值增大,灯丝电阻增大,由此可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。 (3) 根 据 表 中 实 验 数 据 作 出 等 效 电 源 的 U-I 图 象 如 图 己 所 示 , 由 图 示 图 象 可 知 , 电 源内 阻 r=? ?-R0= 6 0.6-9.0 =1.0 。 (4)由图示图象可知,两图线交点为灯泡实际工作状态点,灯泡两端电压为 2.1 V,电流为 0.39A,灯泡的电功 率 P=UI=2.10.39 W0.82 W。 【答案】(1)电路图如图戊所示(2)增大(3)如图己所示1.0(4)0.82 【针对训练 3】某同学想要描绘标有

18、“3.8 V0.3 A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、 绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有: 电压表(量程 03 V,内阻等于 3 k) 电压表(量程 015 V,内阻等于 15 k) 电流表(量程 0200 mA,内阻等于 10 ) 电流表(量程 03 A,内阻等于 0.1 ) 滑动变阻器 R1(010 ,额定电流 2 A) 滑动变阻器 R2(01 k,额定电流 0.5 A) 更多资源关注微信公众号：学起而飞 定值电阻 R3(阻值等于 1 ) 定值电阻 R4(阻值等于 10 ) 定值电阻 R5(阻值等于 1 k) 电源 E(E=6 V,内阻不计)

19、(1)请在虚线框中画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。 (2)该同学描绘出的 I-U 图象应是下图中的。 【解析】(1)题目要求绘制曲线完整应选用分压式接法,又 R灯=? ?13 ,所以滑动变阻器应选 R1,由于灯泡 额定电压为 3.8 V,量程为 15 V 太大,不宜选用,量程略小,串联电阻 R5改装成 4 V 量程正合适。由于灯泡 额定电流为0.3 A,量程太大,不宜选用,量程略小,并联R4改装成0.4A 量程正合适。 改装后RA=5 ,RV=4 k,R灯 ?A?V,应选用电流表外接法,如图所示。 (2)小灯泡灯丝为金属,温度升高电阻增大,只有 B 项正确。 【答案】(1)如图所示(2)B