實(shí)驗(yàn)十描繪小電珠的伏安特性曲線—2021高中物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)十描繪小電珠的伏安特性曲線ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU，知識(shí)梳理自測(cè)鞏固一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握滑動(dòng)變阻器的使用方法及連接方法。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。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)歐姆定律，在純電阻電路中，當(dāng)電阻的阻值恒定時(shí)， 電阻兩端的電壓和通過電阻的電流 成線性關(guān)系，UI圖象是一條直線；如果電阻的阻值是變化的，UI圖象不再是一條直線。本實(shí)驗(yàn)用伏安法測(cè)出小燈泡兩端電壓及電流，描繪出小燈泡的U-I圖象。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。對(duì)一只燈泡來說，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻值可以相差幾倍到幾十倍，所以,它的伏安特性曲線是一

2、條曲線。三、實(shí)驗(yàn)步驟1 .按如圖所示的電路原理圖連接電路，在閉合開關(guān)前變阻器的滑片靠近圖中所示的A2 .閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片 P,讀出十幾組U、I值，并記錄在表格中。3 .建立U I坐標(biāo)系，將所得幾組 U、I值在坐標(biāo)上描出所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。4 .用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，即為 U-I圖象。四、數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置改變燈泡兩端電壓時(shí)，盡量使燈泡的電壓變換有規(guī)律，再對(duì)應(yīng)地讀電流值，然后再根據(jù)所取的電壓、電流的最大值，選取適當(dāng)?shù)臋M、縱坐標(biāo) 分度，描點(diǎn)畫圖，這樣可以使所取的點(diǎn)在坐標(biāo)平面內(nèi)分布的盡量大而且分布疏密程度均勻一 些。五、實(shí)驗(yàn)器材選取1 .原則：安全；精確；操作方便。2 .具體

3、要求(1)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0.6 A。(2)用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實(shí)際最大電流。(3)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。(4)滑動(dòng)變阻器，分壓式接法要選用小阻值滑動(dòng)變阻器。六、誤差分析1 .由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響會(huì)帶來誤差。2 .電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差。3 .在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差。七、注意事項(xiàng)1 .本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小燈泡燈絲的電阻值較小，因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法。2 .本實(shí)驗(yàn)要作出 U I圖線，要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路 必須采用分

4、壓接法。3 .為保護(hù)元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于電路圖中的A端。4 . I U圖象在Uo=1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在 U = 1.0V左右繪點(diǎn)要密，以防出 現(xiàn)很大誤差。5 .電流表選擇0.6 A量程，電壓表量程選擇視小燈泡的額定電壓而定。6 .當(dāng)小燈泡電壓快接近額定電壓值時(shí)，要緩慢地增加到額定電壓值，記錄I后馬上斷開開關(guān)。7 .誤差較大的點(diǎn)要舍去，I U圖象應(yīng)是平滑曲線而非折線。8 .建立坐標(biāo)系時(shí)，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理，使得 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標(biāo)紙。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO，核心考點(diǎn) 重點(diǎn)

5、突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)* 例1 (2019福建龍巖期末)為了描繪一個(gè)“ 12 V 6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，現(xiàn)提供以下器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。直流電源E:電動(dòng)勢(shì)15 V,內(nèi)阻不計(jì);電流表A:量程分別為00.6 A和03 A,內(nèi)阻分別約為 0.50/口 0.1 R 電壓表V :量程03 V,內(nèi)阻為3 k Q;定值電阻R。：阻值為12 k留滑動(dòng)變阻器R:最大阻值20 Q,允許通過的最大電流 1 A;開關(guān)一個(gè)；導(dǎo)線若干。(1)由于電壓表的量程偏小，壓表V',改裝后的電壓表量程為要用所給電壓表 V和定值電阻R0改裝成一個(gè)較大量程的電0 15 V;(2)在方框里畫出符合本實(shí)驗(yàn)要求的電路圖;(3)根據(jù)

6、測(cè)得的電壓表 V的示數(shù)和電流表 A的示數(shù)，描出I U曲線如圖甲所示。某次測(cè)量時(shí)，電流表指針位置如圖乙所示，則電流表讀數(shù)為 呸 A,此時(shí)小燈泡的電阻為 18.75Qo(R/+Ro)=15 V,即改裝后的電壓表量程為0 15 V。U1U = fRv解析本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線的電路圖畫法、小燈泡電阻的計(jì)算。(1)電壓表內(nèi)阻為3 k 0定值電阻阻值為12 k 0可知改裝后電壓表最大測(cè)量值為(2)描繪小燈泡的伏安特性曲線，需要電壓從零開始測(cè)量，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接 法；由于小燈泡的電阻與電流表內(nèi)阻相差較小，電流表采用外接法，如圖所示。(3)小燈泡的額定電流1 =由題圖乙知，電流表的示數(shù)為0.

7、40 A;由題圖甲知，當(dāng)電流 I = 0.40 A時(shí)，電壓表的示數(shù)為 Uv= 1.50 V,由串聯(lián)電路電壓與電阻成正比知，燈泡兩端的電壓 U = RVRFUv = 7.50 V,由歐姆定律得，R = ¥ = 040 = 18.75 Q類題演練1（2019江蘇蘇北三市期末）某同學(xué)用圖甲所示電路來測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線，器材如下：A.小燈泡（額定電壓2.5 V,額定電流0.25 A）B.電流表（00.6 A）C.電壓表（03 V）D.滑動(dòng)變阻器R1（010 Q）E.滑動(dòng)變阻器R2（01 000 Q）F.干電池（電動(dòng)勢(shì)為1.5 V）兩節(jié)G.開關(guān)，導(dǎo)線若干L印己（1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)選口填器材

8、前的字母代號(hào)）。（2）實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如下表所示，根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙中作出小燈泡的UI圖象，由圖象可知小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大（填“增大” “減小”或“不變”）。U/V0.200.400.601.001.401.802.002.20I/A0.040.080.110.150.180.200.210.22答案01M 0,10 0J3。.加 fills 0.30 A某同學(xué)用一節(jié)干電池與阻值為5 的電阻R、小燈泡及電壓表連接成圖丙所示電路,測(cè)得電壓表讀數(shù)為 0.8 V,結(jié)合乙圖中圖象求得小燈泡實(shí)際消耗的功率為010 W,干電池內(nèi)阻為0.38 Qo (結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)解析本題考查測(cè)繪小燈泡

9、伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)的儀器選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)論和小燈泡實(shí)際消 耗的電功率。(1)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，為方便調(diào)節(jié)，應(yīng)選最大阻值較小的，故選Do(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在圖乙中描點(diǎn)連線，用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，如圖所示, 由圖知，小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大。2,502,1)0 1.301.00&5000,M 0,10 0,15 州 0.15 0.W/A(3)由(2)問知，小燈泡兩端電壓為 0.8 V時(shí)，通過小燈泡的電流為 0.13 A,小燈泡實(shí)際消耗的功率P=UI=0.8X0.13 W=0.10 W;由閉合電路歐姆定律得，干電池的內(nèi)阻r=EU 1.5-0.8R=5 * 0.38 Q0.

10、13考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新在本實(shí)驗(yàn)電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)與拓展，常見的命題角度有:(1)改變實(shí)驗(yàn)電路：如在電表內(nèi)阻已知的情況下，利用定值電阻改裝電表量程。(2)改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康模喝缈梢匝芯侩娮璧碾姽β省?3)改變被測(cè)元件：可以探究其他元件的伏安特性。* 例2 (2019山東濰坊期末)一探究小組要描繪一個(gè)標(biāo)有“5 V 2.5 W”小馬達(dá)(電動(dòng)機(jī)，線圈電阻恒定)的伏安特性曲線，馬達(dá)兩端的電壓需要從零逐漸增加到5V?，F(xiàn)有下列器材:A.電源(電動(dòng)勢(shì)6 V)B.電壓表(量程06 V)C.電流表Al（量程03 A）D.電流表A 2（量程00.6 A）E.滑動(dòng)變阻器 Ri（最大阻值10 ）F.滑動(dòng)變阻器R2（最大阻

11、值200 Q）G.開關(guān)和導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選 D（填“嗔“D”，）滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 E（填“豉"F'：） （2）請(qǐng)?jiān)趫D甲方框中畫出完整的實(shí)驗(yàn)電路圖。答案（3）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)大于0.5 V時(shí)馬達(dá)才開始轉(zhuǎn)動(dòng)，該小組用所測(cè)數(shù)據(jù)描繪的伏安特性曲線如圖乙所示，由圖象可得馬達(dá)線圈的電阻為125 Q,馬達(dá)正常工作時(shí)的機(jī)械功率為 219 Wo （結(jié)果保留三位有效數(shù)字）解析本題考查探究小馬達(dá)的伏安特性曲線。 P 25（1）小馬達(dá)的額定電流I=Up = 255A = 0.5 A,故電流表應(yīng)選用 D;實(shí)驗(yàn)要求小馬達(dá)的電壓 從零逐漸增大到5 V,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓

12、式接法，為方便調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選最大 阻值小的，故選E。（2）由圖乙知，小馬達(dá)的電阻0.5R=04 Q=1.25 Q,由分析知小馬達(dá)的電阻與電流表的內(nèi)阻相差較小，電流表采用外接法，電路圖如圖所示。P 2 5 A馬達(dá)正常工作時(shí)的電流I = UP=25；=0.5 A'則機(jī)械功率P機(jī)=PI2R=2.5 0.52X 1.25 W=2.19 Wo類題演練2(2019山東濟(jì)南期末)圖甲為某磁敏電阻在室溫下的電阻一磁感應(yīng)強(qiáng)度特性曲線，其中Rb表示有磁場(chǎng)時(shí)磁敏電阻的阻值，Ro表示無磁場(chǎng)時(shí)磁敏電阻的阻值。為測(cè)量某磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,需先測(cè)量磁敏電阻處于磁場(chǎng)中的電阻值。甲已(1)某同學(xué)首先測(cè)量待測(cè)磁場(chǎng)中

13、磁敏電阻的阻值，利用下面提供的器材，請(qǐng)將圖乙中的 導(dǎo)線補(bǔ)充完整。提供的器材如下：A.磁敏電阻，無磁場(chǎng)時(shí)阻值Ro=140 QB.滑動(dòng)變阻器 R,最大電阻值約 20 QC.電流表 A,量程02.5 mA,內(nèi)阻Ra= 100 QD.電壓表V,量程03 V,內(nèi)阻約3 k QE.直流電源E,電動(dòng)勢(shì)3 V,內(nèi)阻不計(jì)F.開關(guān)S,導(dǎo)線若干答案(2)正確接線后。測(cè)量數(shù)據(jù)如下表，請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù)在圖丙中描點(diǎn)作圖。123456U/V0.000.450.911.501.792.71I/mA0.000.300.601.001.201.80答案(3)根據(jù)UI圖象盡可能準(zhǔn)確地求出磁敏電阻的阻值Rb= 1.5X 103 Q,結(jié)

14、合圖甲可知待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B = 12 To (結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 )解析本題考查探究磁敏電阻在室溫下的電阻一磁感應(yīng)強(qiáng)度特性曲線。(1)采用伏安法測(cè)量電阻，由于待測(cè)電阻較大，且電流表內(nèi)阻已知，則可知采用電流表內(nèi)接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，連接實(shí)物圖如圖甲所示：甲(2)根據(jù)數(shù)據(jù)作出的 U-I圖象如圖乙所示。(3)由 U I 圖象可知，磁敏電阻的阻值 Rb=U-Ra= _ _3.0_ 3-100 2 1.4X103 Q;-RBI 2.0A |0R01 400 Q . 140 Q = 10,由題圖甲可知待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1.2 To2 NIAN GAO KAO MO NI XUN

15、 LIAN ,2 年高考 模擬訓(xùn)I練1. （2019全國(guó)卷n, 23）某小組利用圖（a）所示的電路，研究硅二極管在恒定電流條件下 的正向電壓U與溫度t的關(guān)系，圖中®和為理想電壓表；R為滑動(dòng)變阻器，R為定值電阻（阻值100 S為開關(guān)，E為電源。實(shí)驗(yàn)中二極管置于控溫爐內(nèi)，控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(jì)（圖中未畫出）測(cè)出。圖（b）是該小組在恒定電流為 50.0科A時(shí)得到的某硅二極管 U-t關(guān)系曲 線?；卮鹣铝袉栴}：圖fiiiSiiBffl iSii sfltsmii mHHIlUnn UHBIHSHH MiHi a UDLriii in ii ehi” am in 口 cntitXEEitisi

16、iiiia 皿Eim U 4U»>>>一 LBABaBBJI.111 I *，L LI UBU.IS I t J.SB BhAJB H J-B k MUL B L U. a la>1_ I:三日向I圳專因蒯甜 需顏斯看工期最: inniziKi au：EiEraBSE33ixxa ezeq txze e rzn iizq razEnzzEE dHaMaa*U. mbi MHM uaBaaM m*Mjhu mbm UmM UaiaUaBii ；U£口口：； ；：一5二；3"二；二：:：；1H ；： ；：-： ：；： ：；： ：；： ：；：；：

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18、i *i j nw v3wb -a >! ! nma r*vb bwh iHrr9iHrrr德鳴霞愿鳴星囂噩施整國(guó) 理蒯崩塞國(guó)羸嗯顫前雪m 混髓倒回翳i編劇察逑睦避國(guó)翳 » mb：b ： , saaa ! ，凰聞 虺畦殂地迪理三町期期望 ujuaaai，&.nu，i“a- ia>x 潦南證出三三不以比瀚，湖油指中游，”30 « W 60 TO SO 90圖（b）（1）實(shí)驗(yàn)中，為保證流過二極管的電流為 50.0由A應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 R,使電壓表的 示數(shù)為5=500 mV;根據(jù)圖（b）可知，當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度 t升高時(shí)，硅二極管正向電阻變小 （填“變大”或“變

19、小”）,電壓表示數(shù)墻工（填“增大”或“減小”），此時(shí)應(yīng)將R的滑片 向旦（填"A'或"B”端移動(dòng)，以使 6.示數(shù)仍為 5。（2）由圖（b）可以看出U與t成線性關(guān)系。硅二極管可以作為測(cè)溫傳感器，該硅二極管的 測(cè)溫靈敏度為 胃 =28X103 V/C （保留2位有效數(shù)字）。解析（1）®、忙1是理想電壓表，則 R0與硅二極管串聯(lián)，電流相等，R0兩端電壓 U1=IR0= 50.0X 10 6X 100 V = 5.00X 10 3 V= 5.00 mV。由U-t圖象知：控溫爐內(nèi)溫度升高，U2變小，又1 = 50.0 不變，故硅二極管正向電阻變小；當(dāng)控溫爐內(nèi)溫度升高時(shí)，硅二極管電阻變小，反過來影響電路中電流，由閉合電路 歐姆定律知，電路中電流增大，©示數(shù)增大；要保持示數(shù)不變，需增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即滑片向B端移動(dòng)。（2）由U-t圖象的斜率可知:AUaF044 0.3080 30V/ C = 2.8X10 3 V/ C。2. （2020遼寧沈陽(yáng)郊聯(lián)體模擬）太陽(yáng)能電池板在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在 沒有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件。 某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法， 探究一個(gè)太陽(yáng)能電池板在沒有光照時(shí)（沒有儲(chǔ)存電能）的伏安特性。所用的器材包括：太陽(yáng)能電池板，電源E,電流表A,電壓表V,滑動(dòng)變阻器