物理第八章 恒定電流 23 電學實驗(1)

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1、第第2323講電學實驗講電學實驗(1)(1)-3-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升測繪小燈泡的伏安特性曲線1.實驗原理圖-4-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.實驗目的(1)練習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,所以電流表應采用外接法連入電路。(3)電壓應從“0”開始變化,所以滑動

2、變阻器采用分壓式接法。-5-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升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、學生電源(或電池組)、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆。-6-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升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,應先進行機械調零。(3)將小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成閉合電路。(4)調整滑動變阻器的滑片,使其處在合上開關時小燈泡兩端的電壓為零的位置上。(5)閉合開關,移動滑動變阻器的滑片,使小燈泡

3、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),同時觀察小燈泡的發(fā)光情況,并將測量數(shù)據(jù)填入自己設計的表格中。拆除實驗電路,整理實驗器材。-7-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升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。-8-基礎夯實精準歸納題組突破強化提

4、升核心剖析歸納提升(4)因小燈泡的伏安特性曲線不是直線,故閉合開關,調節(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 V)時,讀取一次電流值,不能任意調節(jié)電壓、電流讀數(shù);但在U=1 V左右要適當多測幾組數(shù)據(jù)(此時I-U曲線明顯變化)。(5)開關閉合前滑動變阻器的滑片應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。-9-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.(實驗原理和讀數(shù))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、5 V、電流為0.3 A。(1)部分連線的實物照片如圖甲所示,請完成實物連接圖;(2)某次實驗中,當電流表的示數(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)。 -10-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升答案 (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用分壓式接法,由于電燈泡是小電阻,電流表應該外接,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=0.181.5

6、0 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。-11-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.(實驗的數(shù)據(jù)處理與誤差分析)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)的數(shù)據(jù)點在圖中是用(選填“”或“”)表示的。 -12-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升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,

7、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。-13-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.(實驗的變式)物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡,其額定功率為0.75 W,額定電壓值已模糊不清。他們想測定

8、其額定電壓值,于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2 ,然后根據(jù)公式計算出該燈泡的額定電壓他們懷疑所得電壓值不準確,于是,再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路,測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測量數(shù)據(jù)來繪燈泡的U-I圖線,進而分析燈泡的額定電壓。A.電壓表V(量程3 V,內(nèi)阻約3 k)B.電流表A1(量程150 mA,內(nèi)阻約2 )C.電流表A2(量程500 mA,內(nèi)阻約0.6 )D.滑動變阻器R1(020 )E.滑動變阻器R2(0100 )F.電源E(電動勢4.0 V,內(nèi)阻不計)G.開關S和導線若干H.待測燈泡L(額定功率0.75 W,額定電壓未知)-14-基礎夯實精準歸納題組突破

9、強化提升核心剖析歸納提升(1)在下面所給的虛線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖,指出上述器材中,電流表選擇(選填“A1”或“A2”);滑動變阻器選擇(選填“R1”或“R2”)。 -15-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(2)在實驗過程中,該同學將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加,當電壓達到1.23 V時,發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗,當達到2.70 V時,發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮,便立即斷開開關,并將所測數(shù)據(jù)記錄在下面表格中。請你根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在下圖中作出燈泡的U-I圖線。-16-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應為 V;這一結果大于1.23 V,其原因是。

10、 答案 (1)電路原理圖如圖所示A2R1(2)見解析圖 (3)2.5(2.42.6)燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時的電阻(或燈泡電阻隨溫度升高而變大)-17-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升解析 (1)根據(jù)P=I2R,估算燈泡的電流大約是600 mA,因此電流表應選A2;本實驗要描繪出燈泡的U-I圖線,需要測量多組數(shù)據(jù),因此滑動變阻器應接成分壓式,所以應選阻值較小的R1;小燈泡電阻不大,電流表應外接。(2)如圖所示 (3)由P=UI=0.75 W,再結合圖象可知U額=2.5 V;大于1.23 V是由于燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時的電阻。-18-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析

11、歸納提升1.實物連線就是根據(jù)電路圖把實物連起來,實物連線的一般思路如下:(1)先畫電路圖,后畫實物圖。在電路圖上標明電源的正、負極,電流表和電壓表的正、負接線柱等。(按實物的布局設計線路圖,再根據(jù)線路圖連接實物圖)(2)先串后并,注意正負。畫電路實物圖時,應選擇一條包含電路元件最多的通路,例如:從電源的正極出發(fā),沿著電流的方向依次把開關、用電器、電流表(先接正柱,后接負柱)、變阻器等連接起來,一直連到電源負極,然后再把其余的電路元件和電壓表并聯(lián)在電路的某兩點之間。-19-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(3)注意量程,接線到柱。連接多量程電流表、電壓表時,應注意選擇適當?shù)慕泳€柱

12、(即選取合適的量程),所有導線的連接點都應畫在用電器的接線柱上或電源的正、負極上,不應在無接線柱的地方把幾條導線相接。(4)避免交叉,檢查無誤。所畫導線不應交叉,以使連接情況清晰易辨。畫好電路實物圖后,應對照電路圖再檢查一遍,以便減少錯誤。-20-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.滑動變阻器限流式接法和分壓式接法(電池內(nèi)阻不計)-21-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.電流表、電壓表測電阻兩種接法的比較選擇-22-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升-23-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升4.實驗器材的選擇原則:安全,精確,操作方

13、便。(1)安全:用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流。電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值。(2)精確:電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的 以上。(3)操作方便:從便于操作來考慮,限流式接法要選用與待測電阻相近的滑動變阻器,分壓式接法要選用小阻值滑動變阻器。-24-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升探究導體電阻與其影響因素(包括材料)的關系1.實驗原理圖 2.實驗目的(1)探究電阻與導體的材料、橫截面積、長度之間的關系(2)熟悉螺旋測微器的使用和讀數(shù)-25-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升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

14、導體長度,測出相應的電阻及導體長度,可得出電阻與導體長度關系。然后再依次研究電阻與另外兩個因素的關系。利用本實驗結果,我們還可以測量導體的電阻率,如果要具體測量導體的電阻,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。如圖,a、b、c、d是四條不同的金屬導體。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。圖中四段導體是串聯(lián)的,每段導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。-26-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升比較a、b的電阻之比

15、與它們的長度之比;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)以得到更可靠的結論。-27-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升4.實驗器材被測金屬導體、螺旋測微器(或其他刻度尺)、電壓表、電流表、直流電源、開關、滑動變阻器、導線。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。(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四條不同的金屬導體材

16、料兩端的電壓。(4)梳理記錄的數(shù)據(jù),探究電阻與導體的材料、橫截面積、長度之間的關系。-28-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升6.實驗結論導體的電阻與導體的長度成正比,導體的電阻與導體的橫截面積成反比,導體的電阻與導體材料的性質有關。-29-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升1.(實驗原理和操作)在探究導體電阻與其影響因素的定量關系的實驗中:(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,某同學對此電路提出異議,他認為,電路中應該串聯(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系。你認為要不要串聯(lián)電流表?并簡單說明

17、理由。 -30-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升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應為下表中的(用表中編號D、E、F表示)。 (2)該實驗小組探究了導體電阻與其影響因素的定量關系后,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。-31-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升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)。 -32-基礎夯實精準歸納題組

18、突破強化提升答案 (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,應控制材料的長度與橫截面積相等而材料不同,因此d應選表中的E。-33-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升(2)根據(jù)坐標系內(nèi)的點作出圖象如圖所示。 -34-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升2.(材料的電阻率相關)小明用電學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

19、其長度不超過50 m(已知銅的電阻率為1.7510-8 m)?，F(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,開關和導線若干。小明采用伏安法測量電線電阻,正確連接電路后,調節(jié)滑動變阻器,電流表的示數(shù)從0開始增加,當示數(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點應該(選填“接a”、“接b”“接c”或“不接”),Q點應該(選填“接a”“接b”“接c”或“不接”)。小明測得的電線長度為 m。 -35-基礎夯實精準歸納題組突破強化提升答案 2.50接b接a31.4解析 由題圖可得電壓表量程為3 V,最小精度0.1 V,有效數(shù)字應該保留到0.01 V,示數(shù)應為2.50 V;被測量電阻屬于小電阻,電流表應該外接,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點應接a,根據(jù) ,聯(lián)立可知長度為31.4 m。