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实验测绘小灯泡的伏安特性曲线【实验目的,要做什么?】1.测绘小灯泡的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。【实验器材】小灯泡(2.5V,0.6A)一个、电压表(0~3V~15V)与电流表(0~0.6A~3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。【实验原理,为什么这么做?】1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来。2.电流表外接:3.滑动变阻器采用分压式:使伏特表电压能从零开始连续变化。3.滑动变阻器两种接法的对比:方式内容限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大0RERR负载R上电流调节范围分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件0EEIRRRE0IR【实验过程】一、实验步骤1.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,按如图所示的原理图连接好实验电路。2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,闭合开关S。3.移动滑动变阻器滑片位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。4.拆除电路,整理仪器。U/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A二、数据处理1.在坐标纸上以U为横轴,以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。3.将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。应是平滑曲线而非折线【误差分析】1.系统误差:由于电压表、电流表不是理想电表,电表内电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、作图带来的误差。【注意事项】1.闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端,为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏。2.I-U图线在U=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右要多测几组数据,以防出现很大误差。3.误差较大的点要舍去,I-U图线。4.建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取的标度要合理,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。热点1实验器材、电路的选取【典例1】(2013·天津高考)测绘一个标有“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1Ω);电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω);电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ);电键一个、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20Ω,额定电流1A)B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)(2)实验的电路图应选用下列的图(填字母代号)。(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5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。答案:(1)A(2)B(3)0.1热点2电路的连接和实验数据分析【例2】(2011广东高考)描绘小电珠的伏安特性曲线实验中,实验器材有:小电珠(2.5V,0.6W),滑动变阻器,多用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干。(1)测小电珠的电阻,应选择多用电表倍率的电阻挡(“×1”“×10”或“×100”);调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图甲,结果为Ω。(2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线。(3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于端,为使小电珠亮度增加,P应由中点向端滑动。数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244(4)如表为电压等间隔变化测得的数据,为了获得更准确的实验图像,必须在相邻数据点间多测几组数据(请选填“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)。【标准解答】(1)因为小电珠的电阻比较小,故应该选“×1”倍率,由题图读得电阻为7.5Ω。(2)因为小电珠的电阻比较小,故伏安法测量时应该用电流表外接法,测量的电压应该从零开始,故滑动变阻器要用分压式接法,实物连接如图所示。(3)开关闭合前滑片P应置于a端,为了使小电珠亮度增加,应使滑片从中点向b端滑动。(4)ab之间电流增加了0.122A,其他段电流依次增加了0.03A左右,所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A,分别测出相应的电压值。答案:(1)×17.5(2)见标准解答图(3)ab(4)ab【双基题组】1.(2013·宁波模拟)在利用滑动变阻器改变灯泡亮度的电路图中,开关闭合前滑动变阻器的接法最合理且路端电压最大的是()【解析】选B。AB选项中闭合开关前,滑片远离下接线柱,接入电路的电阻最大,电路中电流最小,路端电压最大,B正确2.(2013·厦门模拟)在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中,可以同时测定小电珠的功率和电阻。(1)测得的小电珠的功率与实际的功率相比较,测量功率()A.总偏大B.总偏小C.无误差D.都有可能(2)小电珠的电阻的测量值与实际值相比较()A.偏大B.偏小C.有时偏大,有时偏小D.都有可能答案:(1)A(2)B3.(2013·济南模拟)有一个小电珠上标有“4V2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个电珠的U-I图线,下列器材供选用:A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)B.电压表(0~10V,内阻20kΩ)C.电流表(0~0.3A,内阻1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)E.滑动变阻器(5Ω,10A)F.滑动变阻器(500Ω,0.2A)(1)实验中电压表应选用,电流表应选用(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用(用序号字母表示)。(3)请在方框内画出满足实验要求的电路图,并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。答案:(1)AD(2)E(3)见解析【解析】(1)因电珠的额定电压为4V,为保证安全,选用的电压表量程应稍大于4V,但不能大太多,量程太大则示数不准确,故只能选用0~5V的电压表,故选A。由P=UI得,电珠的额定电流I==0.5A,故应选择0~0.6A量程的电流表,故选D。(2)由题意可知,电压从零开始变化,并要多测几组数据,故只能采用滑动变阻器分压接法,而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器,故选E。PU(3)电珠内阻R==8Ω,电压表内阻远大于电珠内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图如图所示。答案:(1)AD(2)E(3)见解析2UP4.(2013·杭州模拟)某同学在研究标有“3V、0.3A”字样的小电珠的伏安特性曲线的实验中得到一组U和I的数据:(1)在虚线框内画出实验电路图。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(2)在图中的方格纸内画出I-U图线。(3)根据I-U图线分析小电珠的电阻随温度升高而。(4)小电珠工作电压为3V时,测得实际电功率为W。增大0.626.(2011福建高考)某同学在探究规格为“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中:(1)在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电珠的电阻,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×100D.欧姆×1(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围0~20Ω,额定电流1.0A),L为待测小电珠,为电压表(量程6V,内阻20kΩ),为电流表(量程0.6A,内阻1Ω),E为电源(电动势8V,内阻不计),S为开关。Ⅰ.在实验过程中,开关S闭合前,滑动变阻器的滑片P应置于最端;(选填“左”或“右”)7.(2012·安徽高考)如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5V。(1)完成下列实验步骤:①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,。②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,。③断开开关……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。【解析】(1)(2)根据实物图画出电路图如图:答案:(1)①使滑动变阻器的滑片滑至最左端②增加小灯泡两端的电压,记录电压表和电流表的多组读数,直至电压表示数达到小灯泡的额定电压(2)电路图见解析【实验改进,还能怎么做?】1.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。2.与原数据处理方式的比较:(1)原方案。①优点:由学生读出电压表、电流表的数据,并亲自动手绘出伏安特性曲线,可锻炼学生的读数、动手操作能力。②缺点:学生读数、绘图带来较大误差。(2)改进方案。①优点:电压、电流由传感器测出,由电脑进行数据分析,再进行绘图,快捷、准确,误差较小。
本文标题:选修3-1 测绘小灯泡的伏安特性曲线
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