九描繪小電珠的伏安特性曲線

1、實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線1實驗原理(1)測多組小電珠的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溫度的關(guān)系2實驗器材小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“03 V15 V”、電流表“00.6 A3 A”、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆3實驗步驟(1)畫出電路圖(如圖1甲所示)圖1(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖乙所示的電路(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(shè)計的表格中(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

2、出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點將描出的點用平滑的曲線連接起來，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(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用總阻值與待測電阻相近的滑動變阻器，分壓式接法要選用總阻值較小的滑動變阻器1注意事項(1)電路的連接方式：電流表應(yīng)采用外接法：因為小電珠(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)

3、時，電流表的分壓影響很大滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化(2)閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關(guān)閉合時小電珠的電壓能從0開始變化，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲(3)IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差2誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，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(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差命題點一教材原型實驗例1(2017全國卷23)某同學(xué)研究小燈泡

4、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 )；滑動變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，在虛線框中畫出實驗電路原理圖(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖2(a)所示圖2由實驗曲線可知，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”)(3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 )和

5、題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率閉合開關(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(1)見解析圖(2)增大增大(3)0.391.17解析(1)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)對小燈泡的電壓進行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴大量程，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開始，故滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡的電阻RL 11.875 ，因，故電流表用外接法，實驗電路原理圖如圖所示(2)由IU圖象知，圖象中的點與坐標(biāo)原點連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻隨電流的增大而增大，根據(jù)電阻定律

6、R知，燈絲的電阻率增大(3)當(dāng)滑動變阻器的阻值最大為9.0 時，電路中的電流最小，燈泡實際功率最小，由E0UI(Rr)得U10I4，作出圖線如圖所示由交點坐標(biāo)可得U11.78 V，I1221 mA，P1U1I10.39 W；當(dāng)滑動變阻器電阻值R0時，燈泡消耗的功率最大，由E0UI(Rr)得，IU4，作出圖線如圖所示由交點坐標(biāo)可得，U23.70 V，I2315 mA，最大的功率為P2U2I21.17 W.變式1(2018山東省泰安市上學(xué)期期末)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性曲線，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V(量程5 V，內(nèi)阻3 k)；電流表A(量程0

7、.3 A，內(nèi)阻0.5 )；固定電阻R0(阻值1.0 )；滑動變阻器R(阻值09.0 )電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S，導(dǎo)線若干；(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在00.32 A的范圍內(nèi)對小燈泡進行測量，利用上述器材，設(shè)計電路，在虛線框中畫出實驗電路原理圖(2)實驗測得該小燈泡的伏安特性曲線如圖3甲所示由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_(填“增大”“不變”或“減小”)；設(shè)A為實驗曲線上的某點，過A點的切線斜率為k1，坐標(biāo)原點與A點連線的斜率為k2，在對應(yīng)A點時小燈泡的電阻為_圖3(3)用另一電源E0(電動勢3 V，內(nèi)阻1.0 )和題給器材連接成如圖乙所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，

8、可以改變小燈泡的實際功率閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_ W(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)答案(1)見解析圖(2)增大(3)0.21(0.200.23均可)解析(1)因本實驗需要電流從零開始調(diào)節(jié)，因此應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法；由于電流表量程較小，為了擴大電流表量程，將R0和電流表并聯(lián)，因并聯(lián)后的電流表內(nèi)阻RA滿足，故電流表采用外接法，故原理圖如圖所示：(3)當(dāng)滑動變阻器接入電路中的阻值最大時，燈泡的功率最小，將R等效為電源內(nèi)阻，則電源電動勢為3 V，等效內(nèi)阻為10 ，則有：U310I.作出電源的IU圖象如圖中直線所示由圖線交點可知，燈泡電壓為U1.12 V，電流I188 mA0.1

9、88 A，則最小功率PUI1.120.188 W0.21 W.變式2(2018河南省鶴壁市調(diào)研)給定下列器材來研究某一小燈泡L的伏安特性曲線A規(guī)格為“9 V9 W”的小燈泡L一個B直流電流表(量程50 mA，內(nèi)阻r1為30 ，示數(shù)用I1表示)C直流電流表(量程0.2 A，內(nèi)阻r2為6 ，示數(shù)用I2表示)D直流電壓表(量程6 V，內(nèi)阻約為20 k，示數(shù)用U1表示)E直流電壓表(量程10 V，內(nèi)阻約為30 k，示數(shù)用U2表示)F定值電阻R，阻值為1.2 G直流電源，電動勢E12 V，內(nèi)阻不計H滑動變阻器a，最大阻值為500 I滑動變阻器b，最大阻值為10 J開關(guān)一個，導(dǎo)線若干(1)為了減小實驗誤差

10、，更好地描繪小燈泡的伏安特性曲線，滑動變阻器應(yīng)選用_(填寫對應(yīng)器材前的字母序號)，其理由是滑動變阻器在電路中應(yīng)起_(填“分壓”或“限流”)作用(2)在虛線框中畫出實驗原理圖(3)用所選器材的示數(shù)分別寫出小燈泡兩端電壓UL和電流IL的表達(dá)式UL_，IL_.(4)測量多組UL、IL數(shù)據(jù)，作出小燈泡的伏安特性曲線答案(1)I分壓(2)見解析圖(3)U26I26I2解析(1)本實驗要測量小燈泡的伏安特性曲線，故小燈泡兩端的電壓要從0開始變化，則滑動變阻器應(yīng)該起分壓作用，故應(yīng)選用總阻值較小的I.(2)對小燈泡由IL1 A可知，所給電流表的量程都較小，故應(yīng)改裝為量程較大的電流表利用與定值電阻R并聯(lián)，恰好可

11、以改裝成量程為1.2 A的電流表，由于小燈泡額定電壓為9 V，故選擇量程為10 V的電壓表由于電流表的內(nèi)阻已知，選擇電流表內(nèi)接法，故電路圖如圖所示(3)由電路圖可得U2ULUR，而URUA2I2r2，故ULU2I2r2U26I2，ILI2IRI26I2.命題點二實驗拓展與創(chuàng)新例2(2018山西省重點中學(xué)協(xié)作體期末)太陽能電池板在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學(xué)器件某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池板在沒有光照時(沒有儲存電能)的IU特性所用的器材包括：太陽能電池板，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干圖4(1)

12、為了達(dá)到上述目的，實驗電路應(yīng)選用圖4甲中的_(填“a”或“b”)(2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖乙所示的IU圖象由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00 V時，太陽能電池板的電阻_(填“很大”或“很小”)；當(dāng)電壓為2.80 V時，太陽能電池板的電阻為_ .(3)當(dāng)有光照射時，太陽能電池板作為電源，其路端電壓與總電流的關(guān)系如圖丙所示，分析該曲線可知，該電池板作為電源時的電動勢為_ V若把它與阻值為1 k的電阻連接構(gòu)成一個閉合電路，在有光照射情況下，該電池板的效率是_%.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)a(2)很大1 000(3)2.8064.3(64.164.5均對)解析(1)用題圖a可

13、以在電池板上得到從零開始的電壓，故應(yīng)選a圖；(2)由題圖可知，當(dāng)電壓小于2.00 V時，通過太陽能電池板的電流幾乎為零，故太陽能電池板的電阻很大；當(dāng)電壓為2.80 V時，電流為2.8 mA，則可知太陽能電池板的電阻為R1 000 ； (3)由UI圖線可知，電池板作為電源時的電動勢為2.80 V；若把它與阻值為1 k的電阻連接構(gòu)成一個閉合電路，則畫出此電阻的UI圖線，與電池板的UI圖線交于一點，讀出U1.80 V，I1.80 mA，該電池板的效率是100%100%64.3%.變式3(2018四川省涼山州三模)某實驗小組要探究一小燈泡的伏安特性曲線，并研究小燈泡在不同電壓下的實際功率，實驗電路如圖

14、5甲所示：圖5(1)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)在_端(填“a”或“b”)(2)閉合開關(guān)，把滑片P向另一端移動過程中，發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)且讀數(shù)幾乎不變，則電路中出現(xiàn)故障的元件可能是_(填“A”或“B”)A小燈泡B滑動變阻器(3)該小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖丙所示，可判定在圖乙中小燈泡的功率P與加在其兩端電壓的平方U2的圖象正確的是_(選填“1”、“2”或“3”)(4)某同學(xué)將兩個完全相同的這種小燈泡并聯(lián)接在電源兩端，已知電源的電動勢E3 V、內(nèi)阻r2 ，則此時每個小燈泡的實際功率為_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1) a(2)B(3)3(4)0.44(0.4

15、20.46)解析(1)此電路是分壓電路，滑動變阻器的aP部分與小燈泡并聯(lián)，開始時應(yīng)使小燈泡兩端電壓最小，故滑片應(yīng)置于a端；(2)電流表與電壓表均有明顯讀數(shù)，說明燈泡所在電路正常，電壓表與電流表讀數(shù)幾乎不變，說明滑動變阻器沒有起到應(yīng)有的作用，故可能存在故障的是滑動變阻器，故選B；(3)由P，隨著小燈泡兩端電壓的增大，燈絲溫度升高，燈絲電阻增大，P隨U2的變化變緩，即圖線為3；(4)燈泡兩端的電壓為U，流過每個燈泡的電流為I，則EU2Ir，得U34I，在題圖丙中畫出電源的UI圖線如圖所示交點坐標(biāo)U2.20 V，I0.20 A，所以每個小燈泡的實際功率為：PUI0.44 W.變式4(2018江西省七

16、校第一次聯(lián)考)某實驗小組設(shè)計了如圖6甲所示的電路，其中RT為熱敏電阻，電壓表量程為3 V，內(nèi)阻RV約10 k，電流表量程為0.5 A，內(nèi)阻RA4.0 ，R為電阻箱圖6(1)該實驗小組首先利用該電路進行描繪熱敏電阻的伏安特性曲線的實驗閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄不同情況下的電壓表示數(shù)U1、電流表示數(shù)I和電阻箱的阻值R，在IU坐標(biāo)系中，將各組U1、I的數(shù)值標(biāo)記在相應(yīng)位置，描繪出熱敏電阻的部分伏安特性曲線，如圖乙中曲線所示為了完成該實驗，應(yīng)將導(dǎo)線c端接在_(選填“a”或“b”)點；(2)利用(1)中記錄的數(shù)據(jù)，通過分析計算可得外電路的電壓U2，U2的計算式為_；(用U1、I、R和RA表示)(3)實驗小組利用(2)中的公式，計算出各組的U2，將U2和I的數(shù)據(jù)也描繪在IU坐標(biāo)系中，如圖乙中直線所示，根據(jù)圖象分析可知，電源的電動勢E_ V，內(nèi)電阻r_ ；(4)實驗中，當(dāng)電阻箱的阻值調(diào)到8.5 時，熱敏電阻消耗的電功率P_ W(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)a(2)U2U1I(RRA)(3)6.050(4.85.2均可)(4)0.46(0.440.48均可)解析(1)利用伏安法測電阻，由題圖乙中曲線可知