第二章特别策划(一)实验描绘小电珠的伏安特性曲线

特别策划(一)实验：描绘小电珠的伏安特性曲线1．描绘小电珠的伏安特性曲线时，用____________测出流过小灯泡的电流，用____________测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)值，在I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑曲线将这些点连接起来，就可以得到小灯泡的伏安特性曲线．2．小灯泡“3.8V0.3A”的电阻很小，当它与电流表(量程为0.6A)________时，电流表的分压影响很大，故为了准确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线，电流表应采用______接法；为使小灯泡上的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用________接法．电压表串联电流表外分压式3．如图T1－1所示：当电流表接3A量程时，读数是________，电压表接15V量程时读数是________．图T1－1解析：0～3A挡电流表的最小刻度值为0.1A，估读到0.1A，故图中读数为1.72A；0～15V电压表的最小刻度值为0.5V，图中读数为10.8V.1.72A10.8V4．选项所列的四个图象中，能正确地表示小电珠U、I之间的函数关系的是()C解析：此图象描述I随U变化的规律，由于金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使小电珠灯丝的电阻随温度的升高而增大，因而它的伏安特性线是曲线，由欧姆定律知U越大，I越大，温度越高，对应的电阻越大，选C.描绘小电珠的伏安特性曲线【实验目的】(1)练习电压表、电流表、滑动变阻器的使用．(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其变化规律．(3)学会利用图象处理实验数据．【实验原理】(1)原理图：如图T1－2所示．(2)原理：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(I，U)值，在I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑曲线将这些点连接起来，就可以得到小灯泡的伏安特性曲线．图T1－2【实验器材】小灯泡、4～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干、开关．【实验步骤】(1)连接电路：将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图T1－2所示电路．(2)测出小电珠在不同电压下的电流．①闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到最左端．②移动滑动变阻器触头的位置，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.U/V00.20.40.60.81.01.2I/A0U/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A特别提醒：I－U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右测绘点要密，否则将出现很大误差．(3)拆除电路，整理仪器．【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(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使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，就得到了小电珠的伏安特性曲线．【注意事项】(1)电路的连接方式．①电流表应采用外接法：因为小电珠的电阻较小，与电流表串联时，电流表的分压影响不能忽略．②滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．(2)滑片位置：闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到小电珠分得电压为零的位置，使开关闭合时小电珠电压能从零开始变化，同时也可防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．(3)电流表选择0.6A量程．“3.8V0.3A”的小电珠，选用电压表的15V量程；“2.5V0.6A”的小电珠，则选用电压表的3V量程．(4)保持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值，读出I后立即断开开关．(5)误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．要点1实验器材的选取及电路的选择仪器选择的一般顺序是先易后难．首先确定出必须使用而又不必选择的仪器，然后以其为突破口，根据电路要求和电路计算，选择出电源、滑动变阻器、电流表、电压表以及合理的量程．待测电阻的额定电流、额定电压(估算值)是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据．【例1】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，使用的小电珠为“6V3W”，其他可供选择的器材有：电压表V1(量程6V，内阻20kΩ)电压表V2(量程20V，内阻60kΩ)电流表A1(量程3A，内阻0.2Ω)电流表A2(量程0.6A，内阻1Ω)变阻器R1(0～1000Ω，0.5A)变阻器R2(0～20Ω，2A)学生电源E(6～8V)开关S及导线若干实验中要求电压表在0～6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表应选用________，变阻器应选用________．在下面的方框中画出实验的原理图．解析：小灯泡额定电压为6V，额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A，最大电压不超过6V．在选择电压表和电流表时，本着安全、精确的原则，安全原则是量程要大于所测电流或电压值，精确原则是量程要尽量小，量U262程越小测量越精确，故电流表应选A2，电压表应选V1；滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则．“安全”即流过变阻器的最大电流应小于允许通过的最大电流．“方便”即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻，本实验中的小灯泡在正常工作时电阻为R灯＝＝P3Ω＝12Ω，故应选用R2.连接电路时，变阻器采取分压式，电流表外接，原理如图T1－3所示．图T1－3答案：A2R2如图T1－3所示．【触类旁通】1．一只小灯泡，标有“3V1.5W”字样．现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性曲线．实验器材有：A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1F．量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2G．开关、导线若干(1)电压表应选用________；电流表应选用________．(2)在该实验中，设计了如下图所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________(将选项代号的字母填在横线上)．ECC要点2实物图连线分压电路的实物连接是学习的难点，连线时可先连电源→开关→滑动变阻器两端(阻值最大)，再连接待测电阻支路，最后将伏特表并联到Rx两端．连图时要尽量按照电流的流向，先“串”后“并”，先“干路”后“支路”，同时也要注意电压表和电流表接线柱的“＋”、“－”．必须注意以下两点：连线不能交叉;必须把线接在接线柱上．【例2】现在要测量一只额定电压为U＝3V的小电珠L的额定功率P(约为0.3W)．实验室备有如下器材：电流表A1(量程200mA，内阻r1＝10Ω)电流表A2(量程300mA，内阻约为几欧姆)定值电阻R(10Ω)滑动变阻器R1(0～100Ω，0.5A)电源E(E＝5V，内阻r≈1Ω)单刀开关一个、导线若干(1)设计出实验电路(画在下面的方框中)．图T1－4(2)按(1)中设计的电路图把图T1－4中仪器连接起来．(3)写出主要的操作步骤：＝150mA，故用A1和R解析：本实验中要测灯泡电压，但没有电压表，要用电流表和定值电阻来代替，灯泡的额定电压为3V，则流过电流表和定值电阻的电流最大值为Im＝UR＋r1答案：(1)如图T1－5所示．(2)如图T1－6所示．图T1－5图T1－6代替电压表．(3)①按设计好的电路图连接好电路，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P移至阻值最大的位置．②闭合开关S，移动滑片P，使电流表A1的示数I1＝UR＋r1＝310＋10A＝150mA，使小电珠正常发光，同时记下此时电流点评：电流表和定值电阻(电阻箱)串联可代替电压表，电压表和定值电阻(电阻箱)并联可代替电流表．表A2的示数I2.③断开开关S，拆除电路，整理仪器．【触类旁通】2．如图T1－7所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：图T1－7A．待测电阻Rx(约100Ω)B．直流毫安表(量程0～10mA，内阻50Ω)C．直流电压表(量程0～3V，内阻5kΩ)D．直流电源(输出电压4V，内阻不计)E．滑动变阻器(阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A)F．开关1个，导线若干条根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．解析：确定测量电路：因RxRA＝100Ω50Ω＝2；RVRx＝5000Ω100Ω＝50，可判断Rx是小电阻，故电流表应采用外接法．确定控制电路：若采用限流式电路，当开始使用最大阻值时电路中的最小电流Imin＝ERx＋R＋RA＝4100＋15＋50A≈0.024A＝24mA，已超过电流表的量程，所以为保护器材，必须采用分压电路．图4图4U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27要点3数据处理，画伏安特性曲线【例3】某同学在测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I－U特性曲线的实验中测得有关数据如下表：根据表中的实验数据，在图T1－8中画出小灯泡的I－U特性曲线．图T1－8解析：适当建立标度，描点如图T1－9所示．图T1－9答案：如图T1－9所示．【触类旁通】3．一个小灯泡的额定电压为2.0V，额定电流约为0.5A，选用下列实验器材描绘小灯泡的伏安特性曲线．电源E1：电动势为3.0V，内阻不计电源E2：电动势为12.0V，内阻不计电压表V：量程为0～3V，内阻约为10kΩ电流表A1：量程为0～3A，内阻约为0.1Ω电流表A2：量程为0～0.6A，内阻约为0.6Ω滑动变阻器R：最大阻值为10Ω，额定电流为1.0A开关S，导线若干I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡的电流和电压)：(1)实验中电源应选用________；电流表应选用________．(2)在下面虚线框中画出实验电路图．(3)在下面坐标系中画出小灯泡的U－I曲线．图T1－10分压接法；R灯＝＝4Ω，电流表要外接，测量电路如图5所示．(4)若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5V、内阻是1.0Ω的电池两端，则小灯泡的实际功率是________(若需作图，可直接画在坐标系中)．解析：(1)因小灯泡的额定电压为2.0V，所以电源选E1，又因小灯泡的额定电流约为0.5A，故电流表选A2.(2)因为小灯泡的电压从0.2V开始，所以滑动变阻器要用UI(4)设小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律得：U＝1.5－I，作出电源U－I图象与小灯泡的U－I曲线，交点坐标为小灯泡工作时的电压和电流，两者之积为小灯泡的实际功率．(2)如图5所示．(4)0.44W答案：(1)E1A2(3)如图6所示．图5图61．电流表内、外接的判断电流表内接法电流表外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值适用条件RA≪RxRV≫Rx口诀大内偏大(大电阻用电流表内接法测量，测量值偏大)小外偏小(小电阻用电流表外接法测量，测量值偏小)R测＝U测I测＝RVRx＋RVRx＜Rx，测量值小于真实值R测＝U测I测＝Rx＋RARx，测量值大于真实值伏安法测电阻的电流表内、外接的选择：(1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．(2)临界值计算法：RxRVRA时，用电流表外接法；RxRVRA时，用电流表内接法．(3)试探法：按图T1－11所示接好电路，让电压表的一接线柱按电路连接好，另一接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．图T1－11限流式接法分压式接法路图特点①调节电压的范围不能从零开始变化②闭合开关前一定要使滑片P置于B端①电压可以从零调节到最大值②合上开关前滑片应在A端，以使Rx负载的电压和电流最小适用条件滑动