文档介绍：该【第八章实验九 】是由【annimy】上传分享，文档一共【10】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【第八章实验九 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。实验九描绘小电珠的伏安特性曲线
(1)测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象;
(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系.
小电珠“V,A”、电压表“0~3V~15V”、电流表“0~A~3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔.
(1)画出电路图(如图1甲所示).
图1
(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图乙所示的电路.
(3)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,并将测量数据填入自己设计的表格中.
(4)数据处理
①在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立直角坐标系.
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,得到小电珠的伏安特性曲线.
(1)原则:①安全;②精确;③操作方便.
(2)具体要求
①.
②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流.
③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值.
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上.
⑤从便于操作的角度来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器.
(1)电路的连接方式:
①电流表应采用外接法:因为小电珠(V,A)的电阻很小,与量程为A的电流表串联时,电流表的分压影响很大.
②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0开始连续变化.
(2)闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0的一端,使开关闭合时小电珠的电压能从0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=V左右将发生明显弯曲,故在U=V左右绘点要密,以防出现较大误差.
(1)由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,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.
命题点一教材原型实验
例1(2019·全国卷Ⅰ·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V,额定电流A);电压表(量程3V,内阻3kΩ);电流表(量程A,内阻Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器
R(阻值0~Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干.
(1)实验要求能够实现在0~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2(a)所示.
图2
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4V,内阻Ω)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,,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为W,最大功率为W.(结果均保留两位小数)
答案(1)见解析图(2)增大增大(3)
解析(1)电压表量程为3V,要求能够实现在0~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==Ω=Ω,因<,故电流表用外接法,实验电路原理图如图所示.
(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=ρ知,灯丝的电阻率增大.
(3)当滑动变阻器的阻值最大为Ω时,电路中的电流最小,灯泡实际功率最小,由E0=U+I(R+r)得U=-10I+4,作出图线①如图所示.
由交点坐标可得U1=V,I1=221mA,P1=U1I1≈W;当滑动变阻器电阻值R=0时,灯泡消耗的功率最大,由E0=U+I(R+r)得,I=-U+4,作出图线②,U2=V,I2=315mA,最大的功率为P2=U2I2≈W.
变式1小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,将实验数据记录在下表中:
电压U/V
电流I/A
(1)实验室有两种滑动变阻器供选择:
(阻值范围0~10Ω、额定电流3A)
(阻值范围0~2000Ω、额定电流1A)
实验中选择的滑动变阻器是.(填写字母序号)
(2)在图3甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整.
(3)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至(选填“左”或“右”)端.
(4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图线.
图3
(5)他们在U-I图象上找到小灯泡工作电压为V时坐标点,计算此状态的电阻值时,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值;(选填“小华”或“小明”)的方法正确.
答案(1)A(2)见解析图(3)左(4)见解析图
(5)小华
解析(1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右,为了便于测量,滑动变阻器选择0~10Ω的.
(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起,则滑动变阻器采用分压式接法;.
(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端.
(4)小灯泡的U-I图线如图乙所示.
(5)根据欧姆定律知,R=,电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率,故小华正确
.
变式2(2019·广东华南三校联考)为探究小灯泡L的伏安特性曲线,提供了以下器材:
小灯泡L:规格“VW”;
电流表A1,量程3A,内阻约为Ω;
电流表A2,量程A,内阻r2=Ω;
电压表V,量程3V,内阻rV=9kΩ;
标准电阻R1,阻值1Ω;
标准电阻R2,阻值3kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;
学生电源E,电动势6V,内阻不计;
开关S及导线若干.
(1)某同学设计了如图4甲所示的电路来进行测量,闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于,当通过L的电流为A时,电压表的示数如图乙所示,电压表的读数为V,此时L的电阻为Ω.
图4
(2)要想更准确完整地描绘出L的伏安特性曲线,,在图5中的虚线框中补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.
图5
(3)根据实验测得的数据,描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图6,若将该灯泡接到E=V、r=Ω的电源两端,则灯泡实际消耗的功率P=W.(结果保留两位有效数字)
图6
答案(1)左端5
(2)见解析图
(3)
解析(1)为保证安全且不损坏电路元件,闭合开关前,,则读数为V,L的电阻R=Ω=5Ω.
(2)如图所示
(3)在图中画出电源的I-U图线,由两图象交点可知,灯泡两端电压U=V,电流I=A,灯泡实际功率P=×W=W.
命题点二实验拓展与创新
例2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3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、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
(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)如图(d)是根据实验数据作出的U-I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R=21Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路图如图(e)所示,闭合S1和S2,电压表读数为V;断开S2,(d)可算得E==Ω(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表).
答案(1)10(b)(2)增大(3)Y(4)
解析(1)由题图(a)可知,多用电表的读数为10Ω,由于元件的电阻较小,电路应选用电流表外接法,即选择图
(b)电路.
(2)当滑动变阻器的滑片向右移时,电流表的示数增大.
(3)由于元件Y的U-I图线是曲线,因此Y是非线性元件.
(4)设线性元件的电阻为R,由U-I图线可知,R==10Ω,则S1、S2均闭合时,E=×(10Ω+r),S1闭合、S2断开时,E=×(10Ω+21Ω+r),解得E≈,r=.
变式3某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件,该电学元件上标有“最大电流不超过6mA,最大电压不超过7V”,同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线,他们设计的一部分电路如图8所示,图中定值电阻R=1kΩ,用于限流;电流表量程为10mA,内阻约为5Ω;电压表(未画出)量程为10V,内阻约为10kΩ;电源电动势E为12V,内阻不计.
图8
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择:
~200Ω,额定电流A
~20Ω,额定电流A
应选的滑动变阻器是(填“A”或“B”).
正确接线后,测得数据如下表:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U/V
I/mA
(2)由以上数据分析可知,电压表应并联在M与之间(填“O”或“P”);
(3)将电路图在方框中补充完整;
(4)从表中数据可知,该电学元件的电阻的特点是:
答案(1)A(2)P(3)见解析图(4)当元件两端的电压小于6V时,元件电阻非常大,不导电;当元件两端的电压大于6V时,随着电压的升高电阻变小
解析(1)滑动变阻器A允许的最大电压为×200V=60V>12V,滑动变阻器B两端所能加的最大电压为×20V=10V<12V,为保证安全,滑动变阻器应选A.
(2)由表中实验数据可知,电学元件电阻的最小测量值约为:R=Ω≈1Ω,电流表内阻约为5Ω,电压表内阻约为10kΩ,相对来说,元件电阻远大于电流表内阻,电流表应采用内接法,因此电压表应并联在M与P之间.
(3)描绘伏安特性曲线,电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,由(2)可知,电流表采用内接法,实验电路图如图所示:
(4)由表中实验数据可知,当元件两端的电压小于6V时,电路电流很小,几乎为零,由欧姆定律可知,元件电阻非常大,不导电;当元件两端电压大于6V时,随着电压的升高电流迅速增大,电压与电流的比值减小,电阻变小.
变式4硅光电池在无光照时不产生电能,,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),,内阻为6kΩ;电压表V2量程选用15V,内阻约为30kΩ;R0
为保护电阻;直流电源电动势E约为12V,内阻不计.
(1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.
图9
(2)用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示数U1、U2.
①某次测量时,电压表V1示数如图丙所示,则U1=V,可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA(保留两位小数).
②该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U1、U2数据,算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“-”表示反向),并在图10坐标纸上建立Ix-Ux坐标系,标出了与表中前5组Ux、,并绘出Ix-Ux图线.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
U1/V
U2/V
Ux/V
-
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-
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Ix/mA
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图10
③由Ix-Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ix与Ux成(填“线性”或“非线性”)关系.
答案(1)连线如图所示
(2)①
②描点绘出Ix-Ux图线,如图所示.
③非线性
解析V1选用的是3V量程,则刻度盘的最小分度为V,根据电表的读数原则知U1=×V=V,I1=≈-Ux图象不是直线,即Ix与
Ux成非线性关系.