選修31第八章實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線

1、實(shí)驗(yàn)九 描繪小電珠的伏安特性曲線、基本原理與操作操作要領(lǐng)原理電路圖(1) 連接電路： 用導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)物連線(2) 測(cè)量與記錄： 移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位 置，測(cè)出 12組左右不同的電壓值 U 和 電流值 I，填入自己設(shè)計(jì)的表格中(3) 畫圖像： 畫 I U 圖線、數(shù)據(jù)處理(1) 在坐標(biāo)紙上以 U 為橫軸，以 I 為縱軸，建立坐標(biāo)系。(2) 在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。(3) 將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性 曲線。注意事項(xiàng)1. 電流表外接法： 本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小電珠燈絲的電阻值較小，因此測(cè)量電路必須采 用電流表外接法。2. 滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接3. 保護(hù)元件安全： 為保

2、護(hù)元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于圖中的 端。加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓。誤差分析1. 由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來誤差，電流 表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值。2. 測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來誤差?？晒┻x用的器材需要重新改裝電3. 在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來誤差。熱點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 命題角度 實(shí)驗(yàn)原理及電路設(shè)計(jì)的考查 【例 1】 某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究小燈泡 L 的伏安特性曲線， 如下：小燈泡 L：規(guī)格“ 2.5 V 0.5 A”電流表 G1：滿偏電流為 1 mA ，內(nèi)阻為 30 電流表 G2：滿偏電流為 10 mA ，內(nèi)阻為 30 電

3、壓表 V：量程 3 V，內(nèi)阻為 9 k 標(biāo)準(zhǔn)電阻 R1：阻值 1 標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2：阻值 0.05 滑動(dòng)變阻器 R：阻值范圍為 010 學(xué)生電源 E，電動(dòng)勢(shì) 6 V，內(nèi)阻不計(jì) 開關(guān) S 及導(dǎo)線若干。學(xué)習(xí)小組認(rèn)為要想準(zhǔn)確地描繪出小燈泡 L 完整的伏安特性曲線， 流表并設(shè)計(jì)電路。(1) 電流表應(yīng)該選 ，標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)該選 。(2) 在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào)。解析 繪制小燈泡的伏安特性曲線，需要測(cè)量小燈泡的電壓和電流，電壓表量程3 V 可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，電流表量程過小，需要并聯(lián)小電阻以擴(kuò)大量程。根據(jù)并聯(lián)分流規(guī)律可知，電流表 G1與標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2并聯(lián)，可將量程擴(kuò)大到 0.6 A，滿

4、足實(shí)驗(yàn)需要。由于電流表和電壓表內(nèi)阻均已知，采用電流表內(nèi)接或外接均可答案 （1）G1 R2 （2）如圖所示命題角度 數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用 【例 2】 （2017·全國卷 ，23）某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有： 小燈泡 L（額定電壓 3.8 V ，額定電流 0.32 A） ；電壓表 （量程 3 V，內(nèi)阻 3 k）； 電流表 （量程 0.5 A，內(nèi)阻 0.5 ；）固定電阻 R0（阻值 1 000 ；）滑動(dòng)變阻器 R（阻 值 09.0 ；）電源 E（電動(dòng)勢(shì) 5 V，內(nèi)阻不計(jì) ）；開關(guān) S；導(dǎo)線若干。（1）實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量， 畫

5、出實(shí)驗(yàn)電 路原理圖。（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖 1 a所示。圖1由實(shí)驗(yàn)曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻 （填“增大”“不變”或“減小” ），燈絲的電阻率 （填“增大”“不變”或“減小” ）。（3）用另一電源 E0（電動(dòng)勢(shì) 4 V，內(nèi)阻 1.00 ）和題給器材連接成圖 b 所示的電路， 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 R 的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率。閉合開關(guān) S，在 R的變 化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為 W，最大功率為 W。（結(jié)果均保留 2 位小數(shù) )解析 (1)電壓表量程為 3 V，要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓 進(jìn)行測(cè)量，需要給電壓表串聯(lián)一個(gè)定值電阻擴(kuò)大量程，題目

6、中要求小燈泡兩端電 壓從零開始，故滑動(dòng)變阻器用分壓式接法， 小燈泡的電阻 RLUI 03.382 11.875RL RV，所以RRAL<RRVL，故電流表用外接法，如圖所示。(2) 由 I U 圖像知，圖像中的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻 隨電流的增大而增大，根據(jù)電阻定律 RSl 知，燈絲的電阻率增大。(3) 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最大為 9.0 時(shí)，電路中的電流最小， 燈泡實(shí)際功率最小，14由 EUI(Rr)得 I 10U10，作出圖線 如圖所示。由交點(diǎn)坐標(biāo)可得 U11.78 V ，I1221 mA，P1 U1I10.39 W；當(dāng)滑動(dòng)變阻器電 1E阻值 R0 時(shí)，燈泡消耗的

7、功率最大，由 EUI(Rr)得，I 1 U E ， R rR r即 IU4，作出圖線如圖所示。由交點(diǎn)坐標(biāo)可得， U23.68 V，I20.318 A， 最大的功率為 P2U2I21.17 W。答案 (1)見解析 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新【例 3】 （2018·全國卷，23）某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖 2（a）所示的電路探究在 25 80 范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室 （圖中虛線區(qū)域 ）中 的熱敏電阻 RT，其標(biāo)稱值（25 時(shí)的阻值）為900.0 ；電源 E（6 V，內(nèi)阻可忽略）； 電壓表 （量程 150 mV）；定值電阻 R0（阻值

8、 20.0 ，）滑動(dòng)變阻器 R1（最大阻值為 1 000 ；）電阻箱 R2（阻值范圍 0 999.9 ；）單刀開關(guān) S1，單刀雙擲開關(guān) S2。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度 t升至 80.0 。將S2與1端接 通，閉合 S1，調(diào)節(jié) R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值 U0；保持 R1 的滑片位 置不變，將 R2置于最大值，將 S2與 2 端接通，調(diào)節(jié) R2，使電壓表讀數(shù)仍為 U0； 斷開 S1，記下此時(shí) R2 的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度 t，得到相應(yīng)溫度下 R2 的阻 值，直至溫度降到 25.0 。實(shí)驗(yàn)得到的 R2t 數(shù)據(jù)見下表。t/25.030.040.050.060

9、.070.080.0R2/ 900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：（1）在閉合 S1前，圖（a）中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到 （填“a”或“b ”端）；（2）在圖（b）的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并做出 R2t 曲線；圖2(3) 由圖(b)可得到 RT在 25 80 范圍內(nèi)的溫度特性曲線。當(dāng) t44.0 時(shí)，可 得 RT ；(4) 將 RT 握于手心，手心溫度下 R2 的相應(yīng)讀數(shù)如圖 (c)所示，該讀數(shù)為 ，則手心溫度為 。解析 (1)題圖(a)的電路滑動(dòng)變阻器采用限流接法，在閉合 S1 前， R1應(yīng)該調(diào)節(jié)到 接入電路部分的阻值最大，使電路中電流最小

10、，即題圖 (a)中 R1 的滑片應(yīng)移到 b 端。(2) 將 t60 和 t70 對(duì)應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)圖上，然后用平滑曲線過盡可 能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出 R2t 曲線。(3) 根據(jù)題述實(shí)驗(yàn)過程可知，測(cè)量的 R2 的數(shù)據(jù)等于對(duì)應(yīng)的熱敏電阻 RT的阻值。由 畫出的 R2t 曲線可知，當(dāng) t44.0 時(shí)，對(duì)應(yīng)的 RT450 。(4) 由圖(b)知 R2620.0 ，由畫出的 R2t 曲線可知，當(dāng) R2620.0 時(shí)，手心溫 度 t 33.0 。答案 (1)b (2)如圖 (3)450 (4)620.0 33.01. (2019涼·山市一診 )某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室把滑動(dòng)變阻器與一只“ 3 V、0.9 W

11、”的小燈 泡 L 及開關(guān) S 按此圖接在電動(dòng)勢(shì)為 3 V 的電源上。圖3(1) 當(dāng) S閉合時(shí)，燈泡發(fā)光。若將滑片 P 向右滑動(dòng)，燈泡將 。A.變暗B.變亮C.亮度不變D.可能燒壞(2) 繼續(xù)探究該小燈泡在不同電壓下的電阻值及功率變化，有下列器材供選用： 電流表 G：滿偏電流 10 mA，內(nèi)阻 r130 ；電壓表 V：量程 3 V，內(nèi)阻約 2 k；標(biāo)準(zhǔn)電阻 R1：阻值 4 ；標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2：阻值 1 ；滑動(dòng)變阻器 R3：阻值范圍為 010 ； 學(xué)生電源：電動(dòng)勢(shì) 4 V； 開關(guān) S 及導(dǎo)線若干。為了準(zhǔn)確地測(cè)出小燈泡從 0開始在不同電壓下的阻值， 標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)選 (填器材符號(hào))。(3) 在圖中虛線框中

12、畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào)。 解析 (1)當(dāng) S閉合時(shí)，燈泡發(fā)光。若將滑片 P 向右滑動(dòng)，阻值變小，故燈變亮， 選項(xiàng) B 正確。(2)小燈泡參數(shù)， “3 V、0.9 W” 可知其電阻約為 10 ，額定電流約為 0.3 A。電 流表 G：滿偏電流 10 mA ，量程太小，故把電流表 G，改裝為大量程電流表。選 10×30標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2 時(shí)，量程為 10 mA 1 mA 310 mA0.31 A。改裝后的量程擴(kuò) 大了 31 倍，較為合適，故選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2。(3) 繼續(xù)探究該小燈泡在不同電壓下的電阻值及功率變化，要求電壓、電流從 0 開始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器采用分壓式。由于

13、改裝后的電流表內(nèi)阻已知，故用內(nèi)接 式。電路如圖所示。答案 (1)B (2)R2 (3)見解析2. 為描繪一只標(biāo)有“ 2.5 V 0.75 W”字樣的小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室提供 了如下實(shí)驗(yàn)器材：電壓表 V(量程 03 V，內(nèi)阻約為 5 k；) 電流表 A1(量程 00.6 A，內(nèi)阻約為 1 ；) 電流表 A2(量程 03 A，內(nèi)阻約為 10 ；) 滑動(dòng)變阻器 R1(阻值 0 10 )； 滑動(dòng)變阻器 R2(阻值 0 100 ；) 干電池兩節(jié)、開關(guān) S 及導(dǎo)線若干。圖4圖5(1) 為了使測(cè)量的準(zhǔn)確度較高，調(diào)節(jié)方便，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表 ，滑動(dòng)變阻器 。(2) 在圖 4 所示虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖

14、。(3)連好電路，閉合開關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片 P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)， 則故障的原因可能是 。_(4) 排除故障后，正確操作得到多組 U、I 數(shù)據(jù)，利用Excel軟件描繪出小燈泡的伏 安特性曲線如圖 5 所示。設(shè)小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為 RA，小燈泡兩端電壓為 0.2 V 時(shí)的電阻為 RB，根據(jù)圖像可以判斷出 RA(填“大于”“等于”或“小于” )RB。答案 (1)A1 R1 (2)如圖(3) 小燈泡斷路 (4)大于3. 某實(shí)驗(yàn)小組研究兩個(gè)未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括電壓表 (內(nèi) 阻約為 3 k)、電流表 (內(nèi)阻約為 1 、)定值電阻等。圖6

15、(1) 使用多用電表粗測(cè)元件 X 的電阻。選擇“× 1”歐姆擋測(cè)量，示數(shù)如圖 6(a)所 示，讀數(shù)為 。據(jù)此應(yīng)選擇圖 6中的 填“(b)”或“(c) 電”路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2) 連接所選電路，閉合 S；滑動(dòng)變阻器的滑片 P 從左向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)逐 漸(填“增大”或“減小” )；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件 X 換成元件 Y ，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。(3) 圖(d)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的 UI 圖線，由圖可判斷元件 (填“ X”或“Y”)是非線性元件。(4) 該小組還借助 X 和 Y 中的線性元件和阻值 R21 的定值電阻，測(cè)量待測(cè)電 池的電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r，電路如圖 (e)所示。閉合 S1和 S2，電壓表讀數(shù)為 3.00 V； 斷開 S2，讀數(shù)為 1.00 V，結(jié)合圖(d)的數(shù)據(jù)可算得 EV，r結(jié)(果均保留 2 位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表 )。解析 (1)歐姆表的讀數(shù) R示數(shù) ×倍率，得 R10 ；根