物理第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)九 描繪小電珠的伏安特性曲線

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1、第八章第八章 恒定電流恒定電流實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線過(guò)好雙基關(guān)1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理(1)測(cè)多組小電珠的U、I的值，并繪出IU圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和 的關(guān)系.2.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“03 V15 V”、電流表“00.6 A3 A”、 、學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆.基本實(shí)驗(yàn)要求基本實(shí)驗(yàn)要求溫度滑動(dòng)變阻器圖1(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖乙所示的電路.3.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)畫(huà)出電路圖(如圖1甲所示).(3)測(cè)量與記錄移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位置，測(cè)出12

2、組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格中.(4)數(shù)據(jù)處理在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(biāo)系.在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn).將描出的點(diǎn)用 的曲線連接起來(lái)，得到小電珠的伏安特性曲線.平滑4.實(shí)驗(yàn)器材選取實(shí)驗(yàn)器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便.(2)具體要求電源允許的最大電流不小于電路中的實(shí)際最大電流.干電池中電流一般不允許超過(guò)0.6 A.用電器的額定電流不能小于通過(guò)該用電器的實(shí)際最大電流.電壓表或電流表的量程不能小于被測(cè)電壓或電流的最大值.電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的 以上.從便于操作的角度來(lái)考慮，限流式接法要選用與待測(cè)電阻 的滑動(dòng)變阻器，分壓

3、式接法要選用 阻值的滑動(dòng)變阻器.相近較小1.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)(1)電路的連接方式：電流表應(yīng)采用 接法：因?yàn)樾‰娭?3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與量程為0.6 A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大.滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用 接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開(kāi)始連續(xù)變化.(2)閉合開(kāi)關(guān)S前，滑動(dòng)變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開(kāi)關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓能從0開(kāi)始變化，同時(shí)也是為了防止開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過(guò)大而燒壞燈絲.規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié)外分壓式(3)IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差. 2.誤差分析誤差分析(1

4、)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無(wú)窮大，會(huì)帶來(lái)誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值 于真實(shí)值.(2)測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來(lái)誤差.(3)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差.大研透命題點(diǎn)例例1(2017全國(guó)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(kāi)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(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖.命題點(diǎn)

5、一教材原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透答案解析答案答案見(jiàn)解析圖 解析解析電壓表量程為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，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開(kāi)始，故滑動(dòng)變阻器用分壓式接法，小燈泡的電阻RL 故電流表用外接法，實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示.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”).(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖2(a)所示.答案解析圖2增大增大解析解析由IU圖象知，圖象中的點(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

6、而增大，根據(jù)電阻定律R 知，燈絲的電阻率增大.(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(kāi)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)果均保留兩位小數(shù))答案解析0.391.17解析解析當(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，由E0UI(Rr)得U10I4，作出圖線如圖所示.由交點(diǎn)坐標(biāo)可得U11.78 V，I1221 mA，P1U1I10.39 W；當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻值R0時(shí)，燈泡消耗的功率最大，由E0UI(Rr)得，IU4，作出圖線如圖所示.

7、由交點(diǎn)坐標(biāo)可得，U23.70 V，I2315 mA，最大的功率為P2U2I21.17 W.解析解析由于燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于測(cè)量，滑動(dòng)變阻器選擇010 的. 變式變式1小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中：答案解析電壓U/V 0.000.20 0.400.701.00 1.301.70 2.10 2.50電流I/A 0.000.14 0.240.260.37 0.400.43 0.45 0.46(1)實(shí)驗(yàn)室有兩種滑動(dòng)變阻器供選擇：A.滑動(dòng)變阻器(阻值范圍010 、額定電流3 A)B.滑動(dòng)變阻器(阻值范圍02 000 、額定電流1 A)實(shí)驗(yàn)中選擇的滑

8、動(dòng)變阻器是 .(填寫(xiě)字母序號(hào))(2)在圖3甲中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將實(shí)驗(yàn)電路連接完整.答案解析圖3答案答案見(jiàn)解析圖解析解析由于燈泡的電壓和電流從零開(kāi)始測(cè)起，則滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法.實(shí)物連線圖如圖甲所示.(3)開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑至 (選填“左”或“右”)端.答案解析左解析解析為了保護(hù)測(cè)量電路，開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑至最左端.(4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫(huà)出小燈泡的UI圖線.解析答案答案答案見(jiàn)解析圖解析解析小燈泡的UI圖線如圖乙所示.(5)他們?cè)赨I圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0 V時(shí)坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算此狀態(tài)的電阻值時(shí)，小明提出用圖象上該點(diǎn)曲線斜率表示小燈泡

9、的阻值；小華提出該點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示小燈泡的阻值.你認(rèn)為 (選填“小華”或“小明”)的方法正確.答案解析小華解析解析根據(jù)歐姆定律知，R 電阻的大小為該點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率，故小華正確.變式變式2(2017廣東華南三校聯(lián)考)為探究小燈泡L的伏安特性曲線，提供了以下器材：小燈泡L：規(guī)格“4.0 V2.8 W”；電流表A1，量程3 A，內(nèi)阻約為0.1 ；電流表A2，量程0.6 A，內(nèi)阻r20.2 ；電壓表V，量程3 V，內(nèi)阻rV9 k；標(biāo)準(zhǔn)電阻R1，阻值1 ；標(biāo)準(zhǔn)電阻R2，阻值3 k；滑動(dòng)變阻器R，阻值范圍010 ；學(xué)生電源E，電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻不計(jì)；開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干.(1)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如

10、圖4甲所示的電路來(lái)進(jìn)行測(cè)量，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)置于 ，當(dāng)通過(guò)L的電流為0.46 A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，電壓表的讀數(shù)為 V，此時(shí)L的電阻為 .答案解析圖4左端2.305解析解析為保證安全且不損壞電路元件，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)置于左端.題圖乙電壓表量程為3 V，則讀數(shù)為2.30 V，L的電阻R 5 . (2)要想更準(zhǔn)確完整地描繪出L的伏安特性曲線，需要重新設(shè)計(jì)電路.請(qǐng)你利用所提供器材，在圖5中的虛線框中補(bǔ)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào).答案解析圖5答案答案見(jiàn)解析圖解析解析如圖所示(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖6，若將該燈泡接到E1.5

11、V、r3.0 的電源兩端，則燈泡實(shí)際消耗的功率P_ W.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案解析圖60.18解析解析在圖中畫(huà)出電源的IU圖線，由兩圖象交點(diǎn)可知，燈泡兩端電壓U0.9 V，電流I0.20 A，燈泡實(shí)際功率P0.90.20 W0.18 W.(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7(a)所示，讀數(shù)為 .據(jù)此應(yīng)選擇圖中的 (填“(b)”或“(c)”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；例例2某實(shí)驗(yàn)小組研究?jī)蓚€(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.答案解析命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研圖710(b)解析

12、解析由題圖(a)可知，多用電表的讀數(shù)為10 ，由于元件的電阻較小，電路應(yīng)選用電流表外接法，即選擇圖(b)電路.(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)；答案解析增大解析解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移時(shí)，電流表的示數(shù)增大.(3)如圖(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；答案解析Y解析解析由于元件Y的UI圖線是曲線，因此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，電路圖如

13、圖(e)所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開(kāi)S2，讀數(shù)為1.00 V.利用圖(d)可算得E V.r (結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表).答案解析3.20.50解析解析設(shè)線性元件的電阻為R，由UI圖線可知，R 10 ，則S1、S2均閉合時(shí)，E0.3 A(10 r)，S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)，E0.1 A(10 21 r)，解得E3.2 V，r0.50 .變式變式3某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過(guò)6 mA，最大電壓不超過(guò)7 V”，同學(xué)們想通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們?cè)O(shè)計(jì)的一部分電路如圖8所示，圖中定值電阻R1

14、k，用于限流；電流表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 ；電壓表(未畫(huà)出)量程為10 V，內(nèi)阻約為10 k；電源電動(dòng)勢(shì)E為12 V，內(nèi)阻不計(jì).圖8解析解析滑動(dòng)變阻器A允許的最大電壓為0.3200 V60 V12 V，滑動(dòng)變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.520 V10 V12 V，為保證安全，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選A.(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇：A.阻值0200 ，額定電流0.3 AB.阻值020 ，額定電流0.5 A應(yīng)選的滑動(dòng)變阻器是 (填“A”或“B”).正確接線后，測(cè)得數(shù)據(jù)如下表：答案解析12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.

15、38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50(2)由以上數(shù)據(jù)分析可知，電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與 之間(填“O”或“P”)；答案解析P12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50解析解析由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電學(xué)元件電阻的最小測(cè)量值約為：R 1 163.6 ，電流表內(nèi)阻約為5 ，電壓表內(nèi)阻約為10 k，相對(duì)來(lái)說(shuō)，元件電阻遠(yuǎn)大于電

16、流表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用內(nèi)接法，因此電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與P之間.(3)將電路圖在方框中補(bǔ)充完整；答案解析 答案答案見(jiàn)解析圖解析解析描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開(kāi)始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，由(2)可知，電流表采用內(nèi)接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：解析解析由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)元件兩端的電壓小于6 V時(shí)，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端電壓大于6 V時(shí)，隨著電壓的升高電流迅速增大，電壓與電流的比值減小，電阻變小. (4)從表中數(shù)據(jù)可知，該電學(xué)元件的電阻的特點(diǎn)是：_.答案解析12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6

17、.32 6.36 6.38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50 當(dāng)元件兩端的電壓小于6 V時(shí)，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端的電壓大于6 V時(shí)，隨著電壓的升高電阻變小 變式變式4硅光電池在無(wú)光照時(shí)不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件.某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖9甲所示的電路，給硅光電池加反向電壓(硅光電池負(fù)極接高電勢(shì)點(diǎn)，正極接低電勢(shì)點(diǎn))，探究其在無(wú)光照時(shí)的反向伏安特性.圖中電壓表V1量程選用 3 V，內(nèi)阻為6 k；電壓表V2量程選用15 V，內(nèi)阻約為30 k；R0為保護(hù)電阻；直流電源電動(dòng)勢(shì)E約為12 V，內(nèi)阻不計(jì)

18、.(1)根據(jù)圖甲，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖乙連接成完整電路.答案圖9答案答案連線如圖所示 (2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器R，讀出電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2.某次測(cè)量時(shí)，電壓表V1示數(shù)如圖丙所示，則U1 V，可算出通過(guò)硅光電池的反向電流大小為 mA(保留兩位小數(shù)).答案1.400.23該小組測(cè)出大量數(shù)據(jù)，篩選出下表所示的9組U1、U2數(shù)據(jù)，算出相應(yīng)的硅光電池兩端反向電壓Ux和通過(guò)的反向電流Ix(表中“”表示反向)，并在圖10坐標(biāo)紙上建立IxUx坐標(biāo)系，標(biāo)出了與表中前5組Ux、Ix數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn).請(qǐng)你標(biāo)出余下的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，并繪出IxUx圖線.答案123456789U1

19、/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA 0.000.000.010.020.040.070.120.190.29圖10答案答案描點(diǎn)繪出IxUx圖線，如圖所示.由IxUx圖線可知，硅光電池?zé)o光照下加反向電壓時(shí)，Ix與Ux成_(填“線性”或“非線性”)關(guān)系.答案解析非線性解析解析V1選用的是3 V量程，則刻度盤(pán)的最小分度為0.1 V，根據(jù)電表的讀數(shù)原則知U114.00.1 V1.40 V，I1 0.23 mA.由于繪出的IxUx圖象不是直線，即Ix與Ux成非線性關(guān)系.