届高三物理大一轮复习讲义实验八描绘小电珠的伏安特性曲线doc.docx

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实验八　描绘小电珠的伏安特性曲线

[学生用书P137]

一、实验目的

1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．

2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．

3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．

二、实验原理

用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．

三、实验器材

小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

四、实验步骤

1．画出电路图（如实验原理图所示）．

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实验原理图所示的电路．

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，就得到小电珠的伏安特性曲线．

一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

电路图

负载R上电压

的调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

负载R上电流

的调节范围

≤I≤

0≤I≤

二、两种接法的选择

1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．

2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．

三、误差分析

1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．

2．测量时读数带来误差．

3．在坐标纸上描点、作图带来误差．

四、注意事项

1．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接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．

3．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零的一端．

4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．

考点一　器材、电路的选择和数据分析

[学生用书P138]

　（2013·高考天津卷）要测绘一个标有“3V　0.6W”小电珠的伏安特性曲线，电珠两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；

电键一个、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20Ω，额定电流1A）

B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

（2）实验的电路图应选用下列的图________（填字母代号）．

（3）实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小电珠接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小电珠消耗的功率是________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A.

（2）因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法．电珠的电阻R＝

＝15Ω，额定电流I＝

＝0.2A，由R＝15Ω<

＝

Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B.

（3）在电珠的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个电珠供电时的电压和电流，此时P电珠＝IU＝0.10×1.0W＝0.1W.

[答案]　

（1）A　

（2）B　（3）0.1

考点二　对电路的连接和实验原理的考查

[学生用书P138]

　（2015·云南统测）在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧．实验中得到了多组数据，通过描点连线在I－U坐标系中得到了小电珠的伏安特性曲线如图甲所示．

（1）在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路．

（2）根据图甲所示，可确定小电珠的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________．

（3）将被测小电珠与定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路．电源电动势为6.0V，内阻为1.0Ω.若电路中的电流为0.40A，则定值电阻R所消耗的电功率为________W.

[解析]　

（1）由题图甲中伏安特性曲线可知，滑动变阻器采用的是分压式接法；由于小电珠电阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法．

（2）随着电压或电流的增大，小电珠的电阻增大，小电珠的电功率与电压或电流的关系分别为P＝

或P＝I2R，所以P－U2图线上的点与原点连线的斜率（表示小电珠电阻的倒数）应不断减小，P－I2图线上的点与原点连线的斜率（表示小电珠的电阻）不断增大，D正确．

（3）由小电珠的伏安特性曲线可知，电流I＝0.40A时，小电珠两端电压UL＝4V，由欧姆定律可知，内电压U′＝Ir＝0.4V，由闭合电路欧姆定律可知定值电阻两端电压UR＝E－UL－U′＝1.6V，所以定值电阻消耗的电功率P＝URI＝0.64W.

[答案]　

（1）电路图、实物图如图所示　

（2）D

（3）0.64

[学生用书P139]

本实验的创新改进之处主要集中在两点：

1．数据处理方式的改进：

采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．

2．被测元件的变更：

探究其他元件的伏安特性，或其电阻随温度变化的规律．

　（2015·石家庄模拟）为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3mA的电流表，E1为电动势为1.5V、内阻约为1Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关．

（1）实验室中提供的滑动变阻器有两个：

RA（0～150Ω），RB（0～500Ω），本实验中滑动变阻器R1应选用________（填“RA”或“RB”）．

（2）完成下面实验步骤：

①调节温度，使Rt的温度达到t1；

②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；

③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；

④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律．

（3）现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示．把该电阻与电动势为3.0V、内阻不计的电源E2，量程为3.0V的理想电压表V（图中未画出）和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”．若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________（填“a、b”或“b、c”）两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75Ω，则电压表刻度盘2.0V处对应的温度数值为________℃.

[解析]　

（1）由电源的电动势为1.5V，电流表量程为3mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500Ω，故滑动变阻器选择RB.

（2）实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0.

（3）由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝（100＋t）Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0V时，Rt＝150Ω，解得t＝50（℃）．

[答案]　

（1）RB　

（2）②R1　③R2　R0　（3）b、c　50

[总结提升]　本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决，解决创新实验，考生克服恐惧心理很关键．

[学生用书P139]

1.在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是（　　）

A．小电珠中灯丝已烧断

B．滑片接触不良

C．小电珠内部短路

D．滑动变阻器A端接触不良

解析：

选C.由题图知，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错．若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错．若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，故D错．若小电珠内短路则小电珠两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C.

2．（2015·合肥模拟）为了测量一个“12V　5W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了以下器材：

电源：

12V，内阻不计；

电流表：

0～0.6A,0～3A，内阻可忽略；

电压表：

0～3V,0～15V，内阻很大；

滑动变阻器：

阻值范围0～20Ω，允许最大电流1A；

开关一个，导线若干．

实验时要求加在电珠两端的电压可从0调到12V.

（1）将图甲中的实物图连接完整．

（2）某位同学测得小电珠的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，小电珠电流强度大小为0.40A，则此时加在它两端的电压为________V，此时小电珠的实际功率为________W.

解析：

（1）由于要求电压从0开始调节，故滑动变阻器应采用分压式接法．又因电流表内阻可忽略，则电流表采用内接法、外接法均可以，实物连接如图．

（2）由I－U图线得，当I＝0.40A时，U＝6.0V，故小电珠的实际功率为P＝IU＝2.4W.

答案：

（1）见解析　

（2）6.0　2.4

3．（2015·济南模拟）有一个小电珠上标有“4V　2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的U－I图线，有下列器材可供选用：

A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～10V，内阻20kΩ）

C．电流表（0～0.3A，内阻1Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）

E．滑动变阻器（5Ω，10A）

F．滑动变阻器（500Ω，0.2A）

（1）实验中电压表应选用________，电流表应选用________．（用序号字母表示）

（2）为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________（用序号字母表示）．

（3）请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成完整的实物电路图．

解析：

（1）因小电珠的额定电压为4V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故只能选用0～5V的电压表，故选A.由P＝UI得，电珠的额定电流I＝

＝0.5A，故应选择0～0.6A量程的电流表，故选D.

（2）由题意可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E.

（3）电珠内阻R＝

＝8Ω，电压表内阻远大于电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示．

答案：

（1）A　D　

（2）E　（3）见解析

4．（2015·唐山统考）某同学合理选用下列器材组成一个电路，同时对两个不同的热敏电阻RA、RB进行了测量，得到了两个热敏电阻的I－U关系曲线，如图所示．

在实验中，有以下器材供选择：

A．量程为50mA的电流表A1，内阻约10Ω

B．量程为0.6A的电流表A2，内阻约0.05Ω

C．量程为3V的电压表V1，内阻约10kΩ

D．量程为6V的电压表V2，内阻约50kΩ

E．电动势为12V、内阻不计的直流电源

F．滑动变阻器R1（50Ω，0.6A）

G．滑动变阻器R2（10Ω，0.02A）

H．单刀单掷开关一个、导线若干．

（1）为了得到热敏电阻完整的I－U关系曲线，请选择合适的实验器材：

________________________________________________________________________（填器材前的选项字母）．

（2）请设计实验电路并把它画到方框中，标明相应的器材代号．

（3）该同学将RA、RB串联起来，与电压恒为7V的稳压电源连接，则此时热敏电阻RA和RB消耗的功率之比为________．

解析：

（1）根据I－U关系曲线上的数据去选择实验器材．

（2）测定I－U关系曲线．要求电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于热敏电阻的阻值比电压表的内阻小很多，所以电流表采用外接法．

（3）由题图可知电流等大时RA∶RB＝2∶5，则可知RA和RB消耗的功率之比为2∶5.

答案：

（1）ACDEFH　

（2）电路如图所示　（3）2∶5

5．（2015·广东汕头摸底）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，如图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：

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0.1A

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________；为方便实验操作，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）实验发现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？

相同点：

________________________________________________________________________.

不同点：

________________________________________________________________________.

解析：

由图线可知，电路最大电流大于50mA，因此电流表选A2；电路最大电压为3V，电压表选V1；滑动变阻器采用分压式接法，选阻值小的R1.

答案：

（1）A2　V1　R1　

（2）如图

（3）电阻随所加电压改变而改变　该元件电阻随电压升高而减小，小电珠电阻随电压升高而增大

6．某学习小组拟研究一个标有“3.6V　1.8W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

①电流表A，量程0～0.6A，内阻约为0.2Ω；

②电压表V，量程0～15V，内阻约为15kΩ；

③滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；

④学生电源E，电动势为4V，内阻不计；

⑤开关S及导线若干．

（1）该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来．

（2）甲同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果．于是又从实验室找来一量程为Ig＝100μA、内阻Rg＝1000Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，则需串联一个阻值为________Ω的电阻．

（3）甲同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示：

I1（A）

0

0.19

0.30

0.37

0.43

0.46

0.48

0.49

I2（μA）

0

10

20

30

40

50

60

70

请在图丙中的坐标纸上画出I1－I2图线．

丙

丁

（4）若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E＝3.0V，内阻r＝1.5Ω，定值电阻R0＝4.5Ω.（结果保留两位有效数字）

解析：

（1）如图所示

（2）设需要串联的电阻阻值为Rx，则有Ig（Rg＋Rx）＝5V，代入数据可得Rx＝49000Ω.

（4）将定值电阻R0看做该电源的电阻，则内阻r′＝6Ω，由此可得路端电压U＝E－Ir′，在I1－I2图线所在坐标纸上作出该I－U图象如下图所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32A，电压约为1.1V，所以该灯泡消耗的功率约为P＝0.32×1.1W≈0.35W.

答案：

（1）见解析图　

（2）49000　（3）如下图所示

（4）0.35