1、实验九描绘小电珠的伏安特性曲线一、基本原理与操作原理电路图操作要领(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)画图象：画IU图线二、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。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：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电
2、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。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，可供选用的器材如下：小灯泡L：规格“2.5 V0.5 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
3、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，需要重新改装电流表并设计电路。(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)G1R2(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
4、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.
5、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RL 11.875 ，所以，故电流表用外接法，如图所示。(2)由IU图象知，图象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R知，灯丝的电阻率增大。(3)当滑动变阻器的阻值最大为9
6、.0 时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由EUI(Rr)得IU，作出图线如图所示。由交点坐标可得U11.78 V，I1221 mA，P1U1I10.39 W；当滑动变阻器电阻值R0时，灯泡消耗的功率最大，由EUI(Rr)得，IU，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)0.391.17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
7、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20.0 )，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )；电阻箱R2(阻值范围0999.9 )；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
8、表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0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
9、电流最小，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t33.0 。答案(1)b(2)如图(3)450(4)620.033.01如图3是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。图3图4(1)根据图3在虚线框内画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与
10、电压表的示数如图4中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V。所示读数为：_、_、_、_。两组数据得到的电阻分别为_和_。解析(1)由实物连接图可知电路图如图所示。(2)电流表量程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，读到小数点后两位，所以表示数为0.10 A，表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以表示数为2.00 V，表示数为0.27 V，根据欧姆定律R18.3 ，R2 2.7 。答案(1)见解析(2)0.10 A0.24 A2.00 V0.27 V(0.270.01均可)；8.3 (8.30.1均可)27 (2.70.1均可
11、)2(2018河南郑州一中)为描绘一只标有“2.5 V0.75 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010 )；滑动变阻器R2(阻值0100 )；干电池两节、开关S及导线若干。图5图6(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5所示虚线框内画出实验电路图。(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)
12、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6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，根据图象可以判断出RA_(填“大于”“等于”或“小于”)RB。答案(1)A1R1(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7(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7(a)所示，读数为_。据此应选择图7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
13、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E_V，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 ；根据实验电路产生误差的原因知应选用电流表外接，故选择“(b)”电路进行实验。(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R左增大，待测电阻两端的电压增大，所以电流表的示数增大。(3)根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且RX10 。(4)由闭合电路欧姆定律：S1、S2均闭合，有U1RXS1闭合，S2断开，有U2RX解以上两式得r0.50 ，E3.2 V答案(1)10b(2)增大(3)Y(4)3.20.50
