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1、第23講電學(xué)實驗(1),實驗(9),實驗(10),測繪小燈泡的伏安特性曲線 核心知識整合 1.實驗原理圖,實驗(9),實驗(10),2.實驗?zāi)康?(1)練習(xí)使用電流表和電壓表。 (2)描繪小燈泡的伏安特性曲線。 (3)根據(jù)伏安特性曲線分析電流隨電壓變化的規(guī)律。 3.實驗原理 (1)通過調(diào)整滑動變阻器,改變加在小燈泡上的電壓和通過小燈泡的電流,用電壓表和電流表測出小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流,繪制小燈泡的伏安特性曲線,進而研究小燈泡燈絲電阻的變化規(guī)律。 (2)小燈泡電阻較小,所以電流表應(yīng)采用外接法連入電路。 (3)電壓應(yīng)從“0”開始變化,所以滑動變阻器采用分壓式接法。,實驗(9),實驗(1
2、0),4.實驗器材 小燈泡“3.8 V0.3 A”、電壓表“03 V15 V”、電流表“00.6 A3 A”、滑動變阻器、學(xué)生電源(或電池組)、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標紙、鉛筆。,實驗(9),實驗(10),5.實驗步驟 (1)畫出實驗電路圖。 (2)檢查電表的指針是否指在“0”刻度線,若不是,應(yīng)先進行機械調(diào)零。 (3)將小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成閉合電路。 (4)調(diào)整滑動變阻器的滑片,使其處在合上開關(guān)時小燈泡兩端的電壓為零的位置上。 (5)閉合開關(guān),移動滑動變阻器的滑片,使小燈泡兩端的電壓由零增大至額定電壓,分別讀出上述過程中電壓表、電流表的讀數(shù),同時觀察小燈泡
3、的發(fā)光情況,并將測量數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格中。拆除實驗電路,整理實驗器材。,實驗(9),實驗(10),6.數(shù)據(jù)處理 在坐標紙上以U為橫坐標、I為縱坐標建立直角坐標系,并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點,用平滑的曲線連接各點得到I-U圖線。 7.注意事項 (1)本實驗要作出I-U圖線,要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值,因此滑動變阻器采用分壓接法。 (2)本實驗中,因被測小燈泡的電阻較小,因此實驗電路必須采用電流表外接法。 (3)實驗時要根據(jù)小燈泡的額定電壓選擇電壓表的量程。 (4)因小燈泡的伏安特性曲線不是直線,故閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置使小燈泡的電壓逐漸增大時,可在電壓表讀數(shù)每增加一個定值(如0.5
4、 V)時,讀取一次電流值,不能任意調(diào)節(jié)電壓、電流讀數(shù);但在U=1 V左右要適當(dāng)多測幾組數(shù)據(jù)(此時I-U曲線明顯變化)。,實驗(9),實驗(10),(5)開關(guān)閉合前滑動變阻器的滑片應(yīng)在燈泡兩端電壓為零的位置。 (6)兩坐標軸選取的標度要合理,盡可能使根據(jù)數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標紙,描點連線時要用平滑的曲線連線,注意曲線的斜率不是此狀態(tài)下小燈泡的電阻。,實驗(9),實驗(10),關(guān)鍵能力提升 命題點一實驗原理與操作 【例1】 在測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中,小燈泡額定電壓為2.5 V、電流為0.3 A。,實驗(9),實驗(10),(1)部分連線的實物照片如圖甲所示,請完成實物連接圖; (2)某次實
5、驗中,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.18 A,電壓表的指針如圖乙所示,則電壓為 V,此時小燈泡的功率是 W; (3)正確測量獲得的伏安特性曲線是下列圖象中的(填字母)。,實驗(9),實驗(10),答案:(1)如解析圖所示(2)1.500.27(3)C,解析:(1)本實驗中滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法,由于電燈泡是小電阻,電流表應(yīng)該外接,所以如圖所示; (2)兩節(jié)電池電動勢為3 V,電壓表量程選擇3 V,最小刻度為0.1 V,為十分之一估讀法,讀為1.50 V,燈泡功率為P=UI=0.181.50 W= 0.27 W; (3)在伏安特性曲線中,電阻大小為 ,且通電時間越長,電阻越大,斜率越小,選項C正確
6、。,實驗(9),實驗(10),方法技巧滑動變阻器限流式接法和分壓式接法(電池內(nèi)阻不計),實驗(9),實驗(10),【例2】 在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中,實驗室提供了以下器材: A.小燈泡(3.8 V,0.3 A) B.滑動變阻器(5 ,2 A) C.電流表(00.5 A,內(nèi)阻約0.4 ) D.電壓表(05 V,內(nèi)阻約10 k) E.開關(guān)及導(dǎo)線若干 (1)為實驗測量誤差盡可能小,電流表應(yīng)選用(選填“內(nèi)”或“外”)接法; (2)為使小燈泡兩端電壓從零開始連續(xù)變化,滑動變阻器應(yīng)選用 (選填“限流式”或“分壓式”)接法;,實驗(9),實驗(10),(3)綜上所述,應(yīng)選擇甲圖中的電路進行實
7、驗;,實驗(9),實驗(10),(4)利用實驗數(shù)據(jù)畫出了如乙圖所示的小燈泡伏安特性曲線。圖中,坐標原點O到P點連線的斜率表示,P點橫縱坐標的乘積表示。則根據(jù)此圖給出的信息可知,隨著小燈泡兩端電壓的升高,小燈泡的電阻(選填“變大”“變小”或“不變”)。,實驗(9),實驗(10),思路點撥電流表、電壓表測電阻兩種接法的比較選擇,實驗(9),實驗(10),實驗(9),實驗(10),答案:(1)外接法(2)分壓式(3)B (4)P狀態(tài)燈絲電阻的倒數(shù)P狀態(tài)燈泡實際消耗的功率變大 解析:(1)燈泡正常發(fā)光時的電阻: ,電流表內(nèi)阻約為0.4 ,電壓表內(nèi)阻約為10 k,電壓表內(nèi)阻遠大于燈泡電
8、阻,電流表應(yīng)采用外接法。 (2)燈泡兩端電壓從零開始變化,滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法。 (3)電流表采用外接法、滑動變阻器采用分壓接法,則應(yīng)采用圖B所示實驗電路。 (4)坐標原點O到P點連線的斜率表示小燈泡電阻的倒數(shù),P點橫縱坐標的乘積表示小燈泡消耗的電功率。則根據(jù)此圖給出的信息可知,隨著小燈泡兩端電壓的升高,小燈泡的電阻變大。,實驗(9),實驗(10),命題點二實驗數(shù)據(jù)處理 【例3】 某實驗小組利用圖甲的實物連線圖,做測繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗,該小組在實驗時測得兩組數(shù)據(jù),第一組是電壓從0逐漸增加到2.5 V,第二組是從2.5 V逐漸減小到0,將兩組數(shù)據(jù)描在I-U圖上,如圖乙,第一組數(shù)據(jù)的
9、數(shù)據(jù)點在圖中是用(選填“”或“”)表示的。,實驗(9),實驗(10),另一實驗小組用同樣的電路實驗,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的最大值只有1.5 V,檢查電路正確并連接良好,而后將電路斷開,用電壓表直接接到這兩節(jié)電池串聯(lián)而成的電池組兩端,電壓表示數(shù)為3.00 V。請解釋原因:。,答案:該實驗小組所用的電池的內(nèi)阻較大 解析:金屬導(dǎo)體電阻隨溫度的變化而變化,第二組中由于開始時溫度較高,故第二組在相同電壓下測得的電阻應(yīng)較大,第一組測出的電阻較小;因圖象為I-U圖象,其與原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù),故第一組數(shù)據(jù)是用表示的。直接測量時為電源的電動勢,而在接入電路時輸出電壓較小,故說明電源內(nèi)阻較大。,實驗(9),實
10、驗(10),【例4】 (2017浙江名校協(xié)作體高二上)某實驗小組進行“測繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗。所用小燈泡的額定電壓為5 V,除了圖甲中所提供的器材外,還有一個多用電表。,實驗(9),實驗(10),(1)先將小燈泡從電路中單獨取出,用多用電表的歐姆擋測量其阻值,選擇開關(guān)和指針位置如圖乙所示,則小燈泡阻值為 。,實驗(9),實驗(10),(2)連接好如圖甲所示的電路圖,并使用多用電表的電壓擋測量小燈泡的電壓,紅表筆應(yīng)接觸接線柱(選填“a”“b”或“c”)的金屬部分,開關(guān)閉合前滑動變阻器滑片應(yīng)置于變阻器的最端(選填“左”或“右”)。 (3)某同學(xué)根據(jù)測量結(jié)果繪制出的U-I圖象如圖丙所示,發(fā)現(xiàn)
11、小燈泡在額定電壓下的阻值跟多用電表測出的阻值相差較大,對這一結(jié)果解釋合理的是() A.多用電表只能粗測阻值,測出的阻值很不準確 B.伏安法測電阻存在誤差,所以由圖丙得到的阻值很不準確 C.用多用電表來測電壓存在誤差,所以由圖丙得到的阻值很不準確 D.由多用電表測的是常溫下的燈泡阻值,而小燈泡在額定電壓下發(fā)光時溫度較高,阻值較大,答案:(1)1.2(2)b左(3)D,實驗(9),實驗(10),解析:(1)由圖可知,歐姆表擋位為1,故讀數(shù)為:1.21 =1.2 ; (2)電表在使用中應(yīng)保證電流紅進黑出,因此紅表筆應(yīng)接觸b部分;由于實驗中采用分壓接法,因此開關(guān)閉合前滑片應(yīng)置于變阻器最左端,以保證測量
12、端電壓最小; (3)由于燈泡電阻隨溫度的增大而增大,因此工作時測量電阻要大于用多用電表測出的數(shù)據(jù),故D正確,ABC錯誤。,易錯警示多用電表歐姆擋只能測量小燈泡在常溫時的電阻,小燈泡正常工作后,溫度升高,電阻升高,所以用多用電表歐姆擋測量出的小燈泡阻值,遠遠小于小燈泡銘牌上計算出的電阻值。,實驗(9),實驗(10),探究導(dǎo)體電阻與其影響因素(包括材料)的關(guān)系 核心知識整合 1.實驗原理圖 2.實驗?zāi)康?(1)探究電阻與導(dǎo)體的材料、橫截面積、長度之間的關(guān)系 (2)熟悉螺旋測微器的使用和讀數(shù),實驗(9),實驗(10),3.實驗原理 用控制變量法進行探究。保持橫截面積和材料兩個因素不變的條件下,改變
13、導(dǎo)體長度,測出相應(yīng)的電阻及導(dǎo)體長度,可得出電阻與導(dǎo)體長度關(guān)系。然后再依次研究電阻與另外兩個因素的關(guān)系。 利用本實驗結(jié)果,我們還可以測量導(dǎo)體的電阻率,如果要具體測量導(dǎo)體的電阻,為減小誤差,要根據(jù)被測電阻的大小,合理選擇電流表內(nèi)接法或外接法。 如上圖,a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體。在長度、橫截面積、材料三個因素方面,b、c、d跟a相比,分別只有一個因素不同;b與a長度不同,c與a橫截面積不同,d與a材料不同。圖中四段導(dǎo)體是串聯(lián)的,每段導(dǎo)體兩端的電壓與它們的電阻成正比,因此,用電壓表分別測量a、b、c、d兩端的電壓,就能知道它們的電阻之比。,實驗(9),實驗(10),比較a、b的電阻之比與它們
14、的長度之比;比較a、c的電阻之比與它們的橫截面積之比;比較a、d的電阻是否相等。這樣就可以得出長度、橫截面積、材料這三個因素與電阻的關(guān)系。改變滑動變阻器阻值,可以獲得多組實驗數(shù)據(jù)以得到更可靠的結(jié)論。,實驗(9),實驗(10),4.實驗器材 被測金屬導(dǎo)體、螺旋測微器(或其他刻度尺)、電壓表、電流表、直流電源、開關(guān)、滑動變阻器、導(dǎo)線。 5.實驗步驟 (1)根據(jù)實驗原理圖,連接實物,讓滑動變阻器接入電路部分電阻最大,閉合開關(guān)。 (2)移動滑動變阻器到某一位置,記錄a、b、c、d四條不同的金屬導(dǎo)體材料兩端的電壓。 (3)移動滑動變阻器位置若干次,每次都重新記錄a、b、c、d四條不同的金屬導(dǎo)體材料兩端的
15、電壓。 (4)梳理記錄的數(shù)據(jù),探究電阻與導(dǎo)體的材料、橫截面積、長度之間的關(guān)系。,實驗(9),實驗(10),6.實驗結(jié)論 導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度成正比,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的橫截面積成反比,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)。,實驗(9),實驗(10),關(guān)鍵能力提升 命題點一實驗原理與操作 【例5】 (實驗原理和操作)在探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系的實驗中: (1)某實驗小組用如圖甲所示電路對鎳鉻合金絲和康銅絲進行探究,a、b、c、d是四種金屬絲。 實驗小組討論時,某同學(xué)對此電路提出異議,他認為,電路中應(yīng)該串聯(lián)一個電流表,只有測出各段金屬絲的電阻,才能分析電阻與其影響因素的定量關(guān)系。你認為要不要
16、串聯(lián)電流表?并簡單說明理由。。,實驗(9),實驗(10),幾根鎳鉻合金絲和康銅絲的規(guī)格如下表所示,電路圖中金屬絲a、b、c分別為下表中編號為A、B、C的金屬絲,則金屬絲d應(yīng)為下表中的(用表中編號D、E、F表示)。,實驗(9),實驗(10),(2)該實驗小組探究了導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系后,想測定某金屬絲的電阻率。 已測得金屬絲長度為l=80.00 cm,直徑為d=1.6 mm。 按圖乙所示連接好電路,測量金屬絲的電阻R。改變滑動變阻器的阻值,獲得六組I、U數(shù)據(jù)描在圖丙所示的坐標系上。由圖可求得金屬絲的電阻R= ,該金屬絲的電阻率=m (保留兩位有效數(shù)字)。,實驗(9),實驗(10),實驗
17、(9),實驗(10),答案:(1)不需要,串聯(lián)電路的電流處處相等,電壓與電阻成正比E (2)0.521.310-6 解析:(1)串聯(lián)電路的電流處處相等,串聯(lián)電阻兩端電壓與電阻成正比,不需要測出電流,根據(jù)電阻兩端電壓大小即可比較出電阻大小。 探究影響電阻的因素,應(yīng)采用控制變量法,實驗已選A、B、C的金屬絲,根據(jù)控制變量法的要求,應(yīng)控制材料的長度與橫截面積相等而材料不同,因此d應(yīng)選表中的E。,實驗(9),實驗(10),實驗(9),實驗(10),命題點二實驗數(shù)據(jù)處理 【例6】 小明用電學(xué)方法測量電線的長度。首先,小明測得電線銅芯的直徑為1.00 mm,估計其長度不超過50 m(已知銅的電阻率為1.7
18、510-8 m)。 現(xiàn)有如下實驗器材:量程為3 V、內(nèi)阻約為3 k的電壓表;量程為0.6 A、內(nèi)阻約為0.1 的電流表;阻值為020 的滑動變阻器;內(nèi)阻可忽略、輸出電壓為3 V的電源;阻值為R0=4.30 的定值電阻,開關(guān)和導(dǎo)線若干。 小明采用伏安法測量電線電阻,正確連接電路后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,電流表的示數(shù)從0開始增加,當(dāng)示數(shù)為0.50 A時,電壓表示數(shù)如圖甲所示,讀數(shù)為 V。根據(jù)小明測量的信息,圖乙中P點應(yīng)該(選填“接a”“接b”“接c”或“不接”),Q點應(yīng)該(選填“接a”“接b”“接c”或“不接”)。小明測得的電線長度為 m。,實驗(9),實驗(10),答案:2.50接b接a31.4 解析
19、:由題圖可得電壓表量程為3 V,最小精度0.1 V,有效數(shù)字應(yīng)該保留到0.01 V,示數(shù)應(yīng)為2.50 V;被測量電阻屬于小電阻,電流表應(yīng)該外接,P點接b,題中要求電流表能從0開始變化,所以采取分壓接法,Q點應(yīng)接a,根據(jù) ,聯(lián)立可知長度為31.4 m。,實驗(9),實驗(10),【例7】 為測定一段電阻絲的電阻率,設(shè)計了如圖甲所示的電路。ab是一段電阻率較大的粗細均勻的電阻絲,R0是阻值為2 的保護電阻,滑片P與電阻絲接觸始終良好。,實驗(9),實驗(10),實驗(9),實驗(10),(1)實驗中用螺旋測微器測得電阻絲的直徑如圖乙所示,其示數(shù)為d= mm。 (2)實驗時閉合開關(guān)
20、,調(diào)節(jié)P的位置,記錄aP長度x和對應(yīng)的電壓U、電流I等相關(guān)數(shù)據(jù),如下表:,實驗(9),實驗(10),答案:(1)0.400(0.3980.402均可) (2)1.310-6或1.210-6電流表的內(nèi)阻為2.0 (電流表的內(nèi)阻),1,2,1.(2018浙江溫州十五校聯(lián)合體高一下)某同學(xué)在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗,現(xiàn)有如下實驗器材:量程為3 V、內(nèi)阻約為3 k的電壓表;量程為0.6 A、內(nèi)阻約為0.1 的電流表;阻值為020 的滑動變阻器;內(nèi)阻可忽略、輸出電壓為3 V的電源;額定電壓是2.5 V的小燈泡;開關(guān)和導(dǎo)線若干。,1,2,(1)該同學(xué)連接實驗電路如圖所示,閉合開關(guān)S前請老師檢查,
21、老師指出圖中標示的、、、和五根連線中有兩處錯誤,錯誤連線是(選填“”“”“”“”或“”)。 (2)正確連線后,閉合開關(guān)S前,應(yīng)將滑動變阻器滑片C移到處(選填“A”或“B”)。調(diào)節(jié)滑動變阻器,電流表的示數(shù)從0開始增加,當(dāng)示數(shù)為0.50 A時,電壓表示數(shù)如圖所示,讀數(shù)為 V。,(3)正確測量獲得的伏安特性曲線是下列圖象中的。,1,2,答案:(1)(2)A2.50(3)C 解析:(1)本題應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法,同時電流表應(yīng)采用外接法;電路圖如題圖所示;由圖可知,線應(yīng)接在滑動變阻器左下端接線柱上;導(dǎo)線應(yīng)接在燈泡右側(cè)接線柱或電流表接線柱上。 (2)實驗開始時為了保證實驗儀器的正常使用,需要將C撥到最
22、左端,即A處,此時測量部分電壓為零。電壓表的最小分度為0.1 V,需要估讀到0.01 V,故讀數(shù)為2.50 V。 (3)由于燈泡內(nèi)阻隨溫度的增大而增大,故對應(yīng)的圖象均為曲線,在I-U圖象中應(yīng)為斜率減小的曲線;故只有C正確。,1,2,2.(2018浙江11月選考)為了比較精確地測定阻值未知的定值電阻Rx,小明設(shè)計了如圖1所示的電路。 (1)實驗時,閉合開關(guān)S,滑動變阻器的滑片滑至合適位置保持不變,將c點先后與a、b點連接,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)變化較大,電流表示數(shù)基本不變,則測量時應(yīng)將c點接(選填“a點”或“b點”),按此連接測量,測量結(jié)果(選填“小于”“等于”或“大于”)Rx的真實值。 (2)根據(jù)實驗測得的6組數(shù)據(jù),在圖2中描點,作出了2條圖線。你認為正確的是(選填“”或“”),并由圖線求出電阻Rx= 。(保留兩位有效數(shù)字),1,2,1,2,答案:(1)a小于(2)7.5 解析:(1)由題中表述知,c先后與a,b試觸,電壓表變化比較大,故電流表的電阻對電路影響比較大,所以應(yīng)該使用電流表外接法,即接a點,測量值比真實值偏小。 (2)根據(jù)電路的接法,當(dāng)電流為零時電壓表示數(shù)也為零,故圖線過原點,選,由斜率的倒數(shù)即為電阻阻值可知,R=7.5 。,
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