(全國通用)2014屆高三物理復習能力提升 第10章 實驗12 描繪小電珠的伏安特性曲線

1 實驗十二實驗十二 描繪小電珠的伏安特性曲線描繪小電珠的伏安特性曲線 考綱解讀 1 掌握滑動變阻器的使用方法及連接方式 2 掌握伏安特性曲線的描繪方法 3 理解小電珠的伏 安特性曲線為什么不是一條直線 基本實驗要求 1 實驗原理 1 測多組小電珠的U I 并繪出I U圖象 2 由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系 2 實驗器材 小電珠 3 8 V 0 3 A 電壓表 0 3 V 15 V 電流表 0 0 6 A 3 A 滑動變阻器 學生電 源 開關 導線若干 坐標紙 鉛筆 3 實驗步驟 1 畫出電路圖 如實驗原理圖甲 2 將小電珠 電流表 電壓表 滑動變阻器 學生電源 開關用導線連接成如實驗原理圖乙所示電 路 3 測量與記錄 移動滑動變阻器觸頭位置 測出 12 組左右不同的電壓值U和電流值I 并將測量數(shù)據(jù)填入自己設計的 表格中 4 數(shù)據(jù)處理 在坐標紙上以U為橫軸 I為縱軸 建立直角坐標系 在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點 2 將描出的點用平滑的曲線連接起來 就得到小電珠的伏安特性曲線 4 實驗器材選取 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際最大電流 干電池中電流一般不允許超過0 6 A 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 電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的 以上 1 3 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 規(guī)律方法總結 1 滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較 兩種接法的電路圖 負載R上電壓的調節(jié)范圍 U E RE R R0 0 U E 負載R上電流的調節(jié)范圍 I E R R0 E R 0 I E R 2 兩種接法的適用條件 1 限流式接法適合測量阻值較小的電阻 跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電 阻還小 2 分壓式接法適合測量阻值較大的電阻 一般比滑動變阻器的總電阻要大 3 注意事項 1 電流表外接法 本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小 因此測量電路必須采用電流表外接法 2 滑動變阻器應采用分壓式接法 本實驗要作出U I圖象 要求測出多組包括零在內的電流 電壓 值 故控制電路必須采用分壓式接法 3 保護元件安全 為保護元件不被燒毀 開關閉合前滑動變阻器的滑片應位于最大電阻處 加在小 電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓 4 誤差分析 1 由于電壓表不是理想電表 內阻并非無窮大 對電路的影響會帶來誤差 電流表外接 由于電壓 表的分流 使測得的電流值大于真實值 2 測量時讀數(shù)帶來誤差 3 在坐標紙上描點 作圖帶來誤差 3 考點一 對實驗原理和電路設計的考查 例 1 2012 四川理綜 22 2 某學習小組的同學擬探究小燈泡 L 的伏安特性曲線 可供選用的器材如 下 小燈泡 L 規(guī)格 4 0 V 0 7 A 電流表 A1 量程 3 A 內阻約為 0 1 電流表 A2 量程 0 6 A 內阻r2 0 2 電壓表 V 量程 3 V 內阻rV 9 k 標準電阻R1 阻值 1 標準電阻R2 阻值 3 k 滑動變阻器R 阻值范圍 0 10 學生電源E 電動勢 6 V 內阻不計 開關 S 及導線若干 甲同學設計了如圖 1 甲所示的電路來進行測量 當通過 L 的電流為 0 46 A 時 電壓表的示數(shù)如圖 乙所示 此時 L 的電阻為 甲 乙 圖 1 乙同學又設計了如圖 2 所示的電路來進行測量 電壓表指針指在最大刻度時 加在 L 上的電壓值 是 V 圖 2 圖 3 學習小組認為要想更準確地描繪出 L 完整的伏安特性曲線 需要重新設計電路 請你在乙同學的 基礎上利用所供器材 在圖 3 所示的虛線框內補畫出實驗電路圖 并在圖上標明所選器材代號 答案 5 4 見解析圖 4 解析 電壓表的示數(shù)U 2 30 V 所以燈泡 L 的電阻RL 5 U I 2 30 0 46 由題圖知電壓表 V 與R2串聯(lián) 根據(jù)串聯(lián)分壓 當電壓表 V 的示數(shù)為 3 V 時 R2兩端的電壓 U2 R2 3 000 V 1 V 所以燈泡兩端的電壓U UV U2 3 1 V 4 V UV rV 3 9 000 要想更準確地描繪出 L 完整的伏安特性曲線 則電壓表的量程應變?yōu)?4 0 V 電流表的量程應變?yōu)?0 7 A 因此將電壓表 V 與標準電阻R2串聯(lián)改裝成量程為 4 0 V 的電壓表 將電流表 A2與標準電阻 R1并聯(lián)改裝成量程為 0 6 A A 0 72 A 的電流表 故虛線框內實驗電路如圖所示 0 6 0 2 1 考點二 對儀器選取 圖象描繪及數(shù)據(jù)處理的考查 例 2 物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡 其標稱功率值為 0 75 W 額定電壓值已模糊 不清 他們想測定其額定電壓值 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U V 1 22 V 他們懷疑所得電壓值不準確 于是 再利用 PR2 0 75 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 內阻約 3 k B 電流表 A1 量程 150 mA 內阻約 2 C 電流表 A2 量程 500 mA 內阻約 0 6 D 滑動變阻器R1 0 20 E 滑動變阻器R2 0 100 F 電源E 電動勢 4 0 V 內阻不計 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 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 填 A1 或 A2 滑動變阻器選擇 填 R1 或 R2 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)記錄在下邊表格中 次數(shù) 1234567 5 U V0 200 601 001 401 802 202 70 I mA80155195227255279310 請你根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖 4 中作出燈泡的U I圖線 圖 4 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 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 的原因是由于燈泡冷態(tài)電阻小于正 常工作時的電阻 答案 1 電路原理圖如圖所示 A2 R1 2 見解析圖 3 2 5 2 4 2 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 6 48 電學實驗電路設計的思路與方法 1 首先應明確題目的要求 看清題目要求測定什么物理量 驗證 探究什么物理規(guī)律 或要求設計達到 何種標準的電路等 其設計原則是 安全 方便 經濟 2 在測量電路中 一般有電流表內接和外接兩種方式 對于給定電表內阻的情況 應先比較R0與待測 電阻Rx的關系 其中R0 若Rx R0 則設計為內接 若Rx R0 則設計為外接 若電表量程不 RARV 合適 往往還要用定值電阻對電表進行改裝 3 在控制電路中 滑動變阻器有分壓式 限流式兩種接法 若變阻器阻值較小 一般設計為 分壓式 若變阻器阻值較大 一般設計為限流式 在二者都可行時 應先考慮限流方式 但下面三種 情形必須設計為分壓式接法 1 數(shù)據(jù)要求從 0 開始變化 2 變阻器阻值太小 限流限不住 3 調節(jié)變阻器時 不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù) 答案 1 A2 V1 R1 2 如圖所示 3 減小 0 12 7 1 2012 安徽理綜 21 圖 6 為 測繪小燈泡伏安特性曲線 實驗的實物電路圖 已知小燈泡額定電 壓為 2 5 V 圖 6 1 完成下列實驗步驟 閉合開關前 調節(jié)滑動變阻器的滑片 閉合開關后 逐漸移動滑動變阻器的滑片 斷開開關 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線 2 在虛線框中畫出與實物電路相應的電路圖 答案 1 使它靠近滑動變阻器左端的接線柱 增加小燈泡兩端的電壓 記錄電流表和電壓表的 多組讀數(shù) 直至電壓達到其額定電壓 2 見解析圖 解析 1 滑動變阻器為分壓式接法 故閉合開關前 小燈泡兩端的電壓為零 調節(jié)滑動變阻器的滑 片 使它靠近滑動變阻器左端的接線柱 閉合開關后 逐漸移動滑動變阻器的滑片 增加小燈泡兩 端的電壓 記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù) 直至電壓達到額定電壓 2 與實物電路相應的電路圖如圖所示 2 2011 福建理綜 19 2 某同學在探究規(guī)格為 6 V 3 W 的小電珠伏安特性曲線實驗中 1 在小電珠接入電路前 使用多用電表直接測量小電珠的電阻 則應將選擇開關旋至 擋進行測量 填選項前的字母 8 A 直流電壓 10 V B 直流電流 5 mA C 歐姆 100 D 歐姆 1 9 2 該同學采用圖 7 所示的電路進行測量 圖中R為滑動變阻器 阻值范圍 0 20 額定電流 1 0 A L 為待測小電珠 為電壓表 量程 6 V 電阻 20 k 為電流表 量程 0 6 A 內阻 1 E為電源 電動勢 8 V 內阻不計 S 為開關 在實驗過程中 開關 S 閉合前 滑動變阻器的滑片P應置于最 端 填 左 或 右 在實驗過程中 已知各元件均無故障 但閉合開關 S 后 無論如何調節(jié)滑片P 電壓表和電流表的 示數(shù)總是調不到零 其原因是 點至 點的導線沒有連接好 圖中的黑色小圓點表示 接線點 并用數(shù)字標記 空格中請?zhí)顚憟D 7 中的數(shù)字 該同學描繪出小電珠的伏安特性曲線示意圖如圖 8 所示 則小電珠的電阻值隨 工作電壓的增大而 填 不變 增大 或 減小 答案 1 D 2 左 1 5 或 5 1 增大 解析 1 因小電珠正常發(fā)光時的電阻R 12 小電珠未接入電路的電阻要比正常發(fā)光 U2 P 36 3 時小得多 因溫度的影響 故用多用電表測未接入電路的小電珠的電阻 應選 D 2 在實驗時 閉合開關前 應使用電器的電壓 電流為最小值 故應使滑片P置于最左端 若 1 點到 5 點未接好 則電路成為滑動變阻器的限流式電路 在I U圖象中的每一點與O點連線的斜率逐漸減小 即電阻的倒數(shù)減小 所以電阻增大 3 2011 山東理綜 23 2 某同學利用圖 9 所示電路 探究了電源在不同負載下的輸出功率 圖 9 所得實驗數(shù)據(jù)如下表 請在圖 10 上畫出U I圖象 U V1 961 861 801 841 641 56 I A0 050 150 250 350 450 55 圖 10 根據(jù)所畫的U I圖象 可求得電流I 0 20 A 時電源的輸出功率為 W 保留兩位有 效數(shù)字 圖 7 圖 8 10 實驗完成后 該同學對實驗方案進行了反思 認為按圖 9 電路進行實驗操作的過程中存在安全隱 患 并對電路重新設計 在圖 11 所示的電路中 你認為既能測出電源在不同負載下的輸出功率 又 能消除安全隱患的是 Rx阻值未知 圖 11 答案 如圖所示 0 37 bc 解析 選擇合適標度后描點 連接成圖象時 應舍棄第四組數(shù)據(jù)點 在所畫的U I圖象上讀出與I 0 2 A 對應的電壓U值 根據(jù)P IU求解 題中 存在安全隱患 意為缺乏保護措施 a 電路中Rx起不到保護作用 d 中Rx起保護作用 但 不能測出電源的輸出功率 b c 能滿足題目要求 選 b c 4 小亮同學為研究某電學元件 最大電壓不超過 2 5 V 最大電流不超過 0 55 A 的伏安特性曲線 在實 驗室找到了下列實驗器材 A 電壓表 量程是 3 V 內阻是 6 k B 電壓表 量程是 15 V 內阻是 30 k C 電流表 量程是 0 6 A 內阻是 0 5 D 電流表 量程是 3 A 內阻是 0 1 F 滑動變阻器 阻值范圍 0 5 額定電流為 0 6 A G 滑動變阻器 阻值范圍 0 100 額定電流為 0 6 A H 直流電源 電動勢E 3 V 內阻不計 I 開關 導線若干 該同學設計電路并進行實驗 通過實驗得到如下數(shù)據(jù) I和U分別表示電學元件上的電流和電壓 11 I A00 120 210 290 340 380 420 450 470 490 50 U V00 200 400 600 801 001 201 401 601 802 00 1 為了提高實驗結果的準確程度 電流表選 電壓表選 滑動變阻器選 以上均填寫器材代號 2 請在下面的虛線框中畫出實驗電路圖 3 在圖 12 中描出該電學元件的伏安特性曲線 圖 12 4 據(jù)圖中描出的伏安特性曲線可知 該電學元件的電阻隨溫度而變化的情況為 答案 1 C A F 2 見解析圖 3 見解析圖 4 元件電阻隨溫度升高而增大 解析 1 從表格中的實驗數(shù)據(jù)可知 電流測量值I的范圍為 0 0 50 A 電壓測量值U的范圍為 0 2 00 V 因此電流表應選 C 電壓表應選 A 因為本實驗要測量