（通用版）2020版高考物理大一轮复习 8.4 实验9 描绘小电珠的伏安特性曲线课件 新人教版

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1、实验实验9 9描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线-2-一、实验目的1.描绘小电珠的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验原理1.测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图像。2.由图像的斜率反映电流与电压和温度的关系。三、实验器材学生电源(46V直流)或电池组、小电珠(3.8V,0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。-3-四、实验步骤1.连接电路。确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,用导线连接成如图所示电路。-4-2.测出小电珠在不同电压下的电流。(1)闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到最左端,以使开关闭合

2、时小电珠两端的电压能从零开始变化;同时,这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。(2)移动滑动变阻器滑片的位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格。3.拆除电路,整理仪器。-5-五、数据处理1.在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立坐标系。2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。3.将描出的点用平滑的曲线连接起来就得到小电珠的伏安特性曲线。六、误差分析1.系统误差:由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响带来的误差。2.偶然误差:(1)电压表、电流表的读数带来的误差。(2)在坐标纸上描点

3、、作图带来的误差。-6-七、注意事项1.电路的连接方式:(1)电流表应采用外接法:因为小电珠(3.8V0.3A)的电阻很小,与00.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。(2)滑动变阻器应采用分压式连接,目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。3.I-U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右绘点要密,以防出现较大误差。4.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。5.误差较大

4、的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。-7-1.在实验中,由于电源电动势的限制,小电珠两端的电压达不到其工作的额定电压,是否影响该实验的实验结论?提示：不影响。-8-2.设计一种测小电珠电阻的准确方法。提示：如图所示,两个电压表完全相同且内阻很大。移动滑动变阻器滑片,调节电阻箱的示数,使两个电压表示数相同,则电阻箱的读数即为小电珠的电阻值,记下小电珠的电阻和电压;多次移动滑动变阻器滑片,采用相同方法,记下相应电阻箱示数和电压表的读数。在坐标纸上画出R-U图线,并分析R随U变化的规律。在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中,由于电表内阻的影响,会产生系统误差使得小电珠的电阻测量不准确。上述实验

5、方法可以消除这种误差,操作、读数比较方便。-9-考点一考点二考点三实验器材的选择实验器材的选择例1某实验小组描绘规格为“2.5V0.6W”的小电珠的I-U特性曲线。实验室提供下列器材:A.电流表A1(量程为025mA,内阻约0.2)B.电流表A2(量程为0300mA,内阻约1)C.电压表V1(量程为03V,内阻约5k)D.电压表V2(量程为015V,内阻约15k)E.滑动变阻器R1(010,额定电流1.5A)F.滑动变阻器R2(01000,额定电流0.5A)G.直流电源(电动势6V,内阻忽略不计)H.开关一个、导线若干-10-考点一考点二考点三(1)在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电

6、珠的电阻,则应将选择开关旋至挡进行测量。(填选项前的字母)A.直流电压10VB.直流电流5mAC.欧姆“100”D.欧姆“1”(2)实验中所用的电流表应选;电压表应选;滑动变阻器应选。(只需填器材前面的字母代号)-11-考点一考点二考点三(3)若采用如图甲所示的电路描绘小电珠的伏安特性曲线,电压表的右端应与电路中的(选填“a”或“b”)点相连。-12-考点一考点二考点三(4)开关闭合之前,图中滑动变阻器的滑片应该置于(选填“c”“d”或“cd中间”)端。(5)测量后,该小组根据实验数据,拟合出小电珠的I-U特性曲线如图乙所示。请根据曲线确定小电珠两端电压为1.5V时,其实际功率P=W。(6)该

7、小组按实验要求设计出正确电路图并正确连线后,闭合开关,慢慢增大小电珠的电压,发现刚开始时两电表指针均偏转,但小电珠不发光,请简要分析原因:。-13-考点一考点二考点三(3)小电珠电阻为10.4,电流表内阻约1,电压表内阻约为5k,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,由题图甲所示电路图可知,电压表的右端应与电路中的a端连接。(4)由题图甲所示电路图可知,滑动变阻器采用分压接法,开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应置于c端。(5)由题图乙所示图像可知,小电珠两端电压为1.5V时,通过电珠的电流为0.22A,则电珠实际功率P=UI=0.33W。-14-考点一考点二考点三(6)分析原因:电压(电

8、流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度。答案：(1)D(2)BCE(3)a(4)c(5)0.33(6)电压(电流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度-15-考点一考点二考点三实验电路设计与数据处理实验电路设计与数据处理例2要描绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5V,内阻约1);电流表(量程为0250mA,内阻约5);电压表(量程为03V,内阻约3k);开关一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值20,额定电流1A)B.滑动变阻器

9、(最大阻值1750,额定电流0.3A)-16-考点一考点二考点三(2)实验的电路图应选用下列的图(填字母代号)。-17-考点一考点二考点三(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为5的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。-18-考点一考点二考点三解析：(1)测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A。(3)电路中的短路电流I短=0.3A,在灯泡的I-U图上作出电源的I-U图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.11W=0.1W。-19-考点一考

10、点二考点三答案：(1)A(2)B(3)0.1-20-考点一考点二考点三例3在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,需测量一个标有“3V1.5W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。现有如下器材:直流电源(电动势3.0V,内阻不计)电流表A1(量程03A,内阻约0.1)电流表A2(量程00.6A,内阻约5)电压表V1(量程03V,内阻约3k)电压表V2(量程015V,内阻约200k)滑动变阻器R1(阻值010,额定电流1A)滑动变阻器R2(阻值01k,额定电流300mA)-21-考点一考点二考点三(1)在该实验中,电流表应选择(选填“A1”或“A2”),电压表应选择(选填“V1”或“V2”),滑动变阻器

11、应选择(选填“R1”或“R2”)。(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路,请在乙图方框中完成实验的电路图。-22-考点一考点二考点三(3)该同学连接电路后检查所有元器件都完好,电流表和电压表已调零,经检查各部分接触良好。但闭合开关后,反复调节滑动变阻器,小灯泡的亮度发生变化,但电压表和电流表示数不能调为零,则断路的导线为。-23-考点一考点二考点三(4)图丙是学习小组在实验中根据测出的数据,在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。若将该灯泡与一个6.0的定值电阻串联,直接接在题中提供的电源两端,请估算该小灯泡的实际功率P=W(保留两位有效数字)。(若需作图,可直接

12、画在图中)-24-考点一考点二考点三(3)测量结束后,应先断开开关,拆除电池两端的导线,防止电池出现短路以致被烧毁。(4)由P=U2知,图像的斜率是变化的,因此图线应是一条曲线。画图线取标度时,应使点尽可能分布在整个坐标纸上,显然该同学的横坐标的标度选择不合适。-25-考点一考点二考点三答案：(1)如图所示(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线;横坐标的标度选择不合适。-26-考点一考点二考点三方法归纳电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法电源对电路中小灯泡供电工作,显然路端电压与电路中电流满足关系U=E-Ir,整理可得I=,即可作出一条电源的伏安特性曲线。同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小

13、灯泡的伏安特性曲线,两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律,又满足小灯泡的伏安特性曲线特点,即为所求的电流与电压值。-27-考点一考点二考点三实验的改进与创新实验的改进与创新以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置新题目,不脱离教材而又不拘泥于教材,体现开放性、探究性等特点。1.以实验原理及实验方法为基础,探究小灯泡功率与电压的关系。2.实验对象的变迁-28-考点一考点二考点三3.数据处理方式的改进采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。-29-考点一考点二考点三例4为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率,实验所使用的小灯泡

14、规格为“3.0V1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10。-30-考点一考点二考点三(1)准备使用的实物电路如图甲所示,请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)(2)现有10、20和50的定值电阻,电路中的电阻R1应选的定值电阻。(3)测量结束后,应先断开开关,拆除两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材。(4)小明处理数据后,将P、U2的数值在坐标纸上描点,并作出了一条直线,如图乙所示,请指出图像中不恰当的地方。答案解析解析关闭 答案解析关闭-31-12341.某同学为了测绘小灯泡(2.5V0.6A)的伏安特性曲线,到实验室找出了下列实验器材:两个相同的电流

15、表G(内阻Rg=100,满偏电流Ig=1mA);两个滑动变阻器:E(最大阻值6,额定电流2A);F(最大阻值20,额定电流1A);电源:电动势3V,内阻不计。由于没有电压表和电流表,他设计了如图所示的测量电路。-32-1234(1)为了比较精确地测量电流和电压的值,电阻R1应该选择,电阻R2应该选择。(2)请根据题目所给的器材,将控制电路部分的电路图补充完整。(3)控制电路部分的滑动变阻器应该选择。(4)在测量过程中滑动变阻器调整到某一位置时,该同学发现两只表头指针偏转的角度完全相同,则此时小灯泡的电阻是(结果保留两位有效数字)。-33-1234(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线需要多测几组数据,

16、故滑动变阻器采用分压接法。-34-1234(3)为方便调节,滑动变阻器应选阻值较小的,即E。(4)因为两只表头指针偏转的角度完全相同,所以通过两只电流表的电流相同,设为I。由串、并联电路的特点知,流过测量电路中两个答案：(1)BC(2)见解析图(3)E(4)3.0-35-12342.某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。-36-1234-37-1234(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成其余导线的连接。(2)某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流

17、表的示数为A。(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3V、内阻为1的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为W(保留三位小数)。-38-1234解析：(1)电流表示数要从零开始逐渐增大,滑动变阻器要用分压式接法,如图所示。(2)电流表示数为0.44A。-39-1234电压为U,根据闭合电路欧姆定律得:U+nI0r=E,而U+4I0=3V,U=-4I0+3V,如图所示,图线的交点纵、横坐标分别为U1.5V,I00.38A,P=UI0=0.57W,P总=nP=0.574W=2.28W。-40-1234答案：(1)见解析图(

18、2)0.44(3)42.28-41-12343.在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能,在没有光照时,太阳能电池可以视为一个电学器件。某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。(1)为了达到上述目的,应选用哪个电路图:(选填“甲”或“乙”)。-42-1234(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图丙所示的I-U图象。由图可知,当电压小于2.0V时,太阳能电池的电阻(选填“很大”或“很小”);当电压为2.8V时,太阳能电池的电阻约为。

19、(保留两位有效数字)答案解析解析关闭 答案解析关闭-43-12344.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中。(1)某同学通过实验得到了8组数据,且已经描在了图甲所示的I-U坐标系中,请在图甲中画出小灯泡的伏安特性曲线。(2)该实验正确的实验电路图应选(选填“乙”或“丙”)。-44-1234(3)根据所选电路图,请在图丁中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路。-45-1234(4)由伏安特性曲线知,该小灯泡的电阻随电压的升高而(选填“增大”“减小”或“不变”)。(5)根据伏安特性曲线,可判断出图中正确的关系图像是(图中P为小灯泡的功率,I为通过小灯泡的电流)。解析：(1)如图甲所示。(2)观察小灯泡的I-U像,可以看出实验是从电压为零时开始描点,说明电压从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法,因此题中乙图所示电路正确。(3)电路实物连接图如图乙所示。-46-1234(5)根据电功率表达式P=I2R可知,图像P-I2的斜率即为小灯泡的电阻,由于电阻随功率增大而增大,因此选项D正确。答案：(1)图见解析(2)乙(3)图见解析(4)增大(5)D