【实验优化演练优化方案】2016届高三物理大一轮复习讲义：实验八描绘小电珠的伏安特性曲线

1实验八描绘小电珠的伏安特性曲线[学生用书P137]一、实验目的1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．二、实验原理用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，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．三、实验器材小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．四、实验步骤1．画出电路图(如实验原理图所示)．2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路．3．测量与记录移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．4．数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．(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，就得到小电珠的伏安特性曲线．2一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较电路图负载R上电压的调节范围RER＋R0≤U≤E0≤U≤E负载R上电流的调节范围ER＋R0≤I≤ER0≤I≤ER二、两种接法的选择1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．三、误差分析1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．2．测量时读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．四、注意事项1．本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．2．滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端．4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．考点一器材、电路的选择和数据分析[学生用书P138](2013·高考天津卷)要测绘一个标有“3V0.6W”小电珠的伏安特性曲线，电珠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)．3A．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)实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小电珠接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小电珠消耗的功率是________W.[解析](1)测绘小电珠的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，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.(2)因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法．电珠的电阻R＝U2P＝15Ω，额定电流I＝PU＝0.2A，由R＝15ΩRARV＝15000Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B.(3)在电珠的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个电珠供电时的电压和电流，此时P电珠＝IU＝0.10×1.0W＝0.1W.4[答案](1)A(2)B(3)0.1考点二对电路的连接和实验原理的考查[学生用书P138](2015·云南统测)在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧．实验中得到了多组数据，通过描点连线在I－U坐标系中得到了小电珠的伏安特性曲线如图甲所示．(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路．(2)根据图甲所示，可确定小电珠的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________．(3)将被测小电珠与定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路．电源电动势为6.0V，内阻为1.0Ω.若电路中的电流为0.40A，则定值电阻R所消耗的电功率为________W.5[解析](1)由题图甲中伏安特性曲线可知，滑动变阻器采用的是分压式接法；由于小电珠电阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法．(2)随着电压或电流的增大，小电珠的电阻增大，小电珠的电功率与电压或电流的关系分别为P＝U2R或P＝I2R，所以P－U2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠电阻的倒数)应不断减小，P－I2图线上的点与原点连线的斜率(表示小电珠的电阻)不断增大，D正确．(3)由小电珠的伏安特性曲线可知，电流I＝0.40A时，小电珠两端电压UL＝4V，由欧姆定律可知，内电压U′＝Ir＝0.4V，由闭合电路欧姆定律可知定值电阻两端电压UR＝E－UL－U′＝1.6V，所以定值电阻消耗的电功率P＝URI＝0.64W.[答案](1)电路图、实物图如图所示(2)D(3)0.64[学生用书P139]本实验的创新改进之处主要集中在两点：1．数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．2．被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性，或其电阻随温度变化的规律．(2015·石家庄模拟)为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3mA的电流表，E1为电动势为1.5V、内阻约为1Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关．(1)实验室中提供的滑动变阻器有两个：RA(0～150Ω)，RB(0～500Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(填“RA”或“RB”)．(2)完成下面实验步骤：①调节温度，使Rt的温度达到t1；②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；6④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律．(3)现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示．把该电阻与电动势为3.0V、内阻不计的电源E2，量程为3.0V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”．若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________(填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75Ω，则电压表刻度盘2.0V处对应的温度数值为________℃.[解析](1)由电源的电动势为1.5V，电流表量程为3mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500Ω，故滑动变阻器选择RB.(2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0.(3)由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝(100＋t)Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0V时，Rt＝150Ω，解得t＝50(℃)．[答案](1)RB(2)②R1③R2R0(3)b、c50[总结提升]本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决，解决创新实验，考生克服恐惧心理很关键．[学生用书P139]1.在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是()A．小电珠中灯丝已烧断B．滑片接触不良C．小电珠内部短路7D．滑动变阻器A端接触不良解析：选C.由题图知，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错．若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错．若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，故D错．若小电珠内短路则小电珠两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C.2．(2015·合肥模拟)为了测量一个“12V5W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了以下器材：电源：12V，内阻不计；电流表：0～0.6A,0～3A，内阻可忽略；电压表：0～3V,0～15V，内阻很大；滑动变阻器：阻值范围0～20Ω，允许最大电流1A；开关一个，导线若干．实验时要求加在电珠两端的电压可从0调到12V.(1)将图甲中的实物图连接完整．(2)某位同学测得小电珠的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，小电珠电流强度大小为0.40A，则此时加在它两端的电压为________V，此时小电珠的实际功率为________W.解析：(1)由于要求电压从0开始调节，故滑动变阻器应采用分压式接法．又因电流表内阻可忽略，则电流表采用内接法、外接法均可以，实物连接如图．(2)由I－U图线得，当I＝0.40A时，U＝6.0V，故小电珠的实际功率为P＝IU＝2.4W.答案：(1)见解析(2)6.02.43．(2015·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小电珠的U－I图线，有下列器材可供选用：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)8D．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完整的实物电路图．解析：(1)因小电珠的额定电压为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＝PU＝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.(3)电珠内阻R＝U2P＝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4．(2015·唐山统考)某同学合理选用下列器材组成一个电路，同时对两个不同的热敏电阻RA、RB进行了测量，得到了两个热敏电阻的I－U关系曲线，如图所示．9在实验中，有以下器材供选择：A．量程为50mA的电流表A1，内阻约10ΩB．量程为0.6A的电流表A2，内阻约0.05ΩC．量程为3V的电压表V1，内阻约10kΩD．量程为6V的电压表V2，内阻约50kΩE．电动势为12V、内阻不计的直流电源F．滑动变阻器R1(50Ω，0.6A)G．滑动变阻器R2(10Ω，0.02A)H．单刀单掷开关一个、导线若干．(1)为了得到热敏电阻完整的I－U关系曲线，请选择合适的实验器材：________________________________________________________________________(填器材前的选项字母)．(2)请设计实验电路并把它画到方框中，标明相应的器材代号．(3)该同学将RA、RB串联起来，与电压恒为7V的稳压电源连接，则此时热敏电阻RA和RB消耗的功率之比为________．解析：(1)根据I－U关系曲线上的数据去选择实验器材．(2)测定I－U关系曲线．要求电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于热敏电阻的阻值比电压表的内阻小很多，所以电流表采用外接法．(3)由题