2020高考物理 第八章 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件 鲁科版选修3-1

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线一、基本原理与操作原理电路图操作要领(1)连接电路：用导线进行实物连线(2)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，填入自己设计的表格中(3)画图象：画I－U图线二、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，就得到小电珠的伏安特性曲线。注意事项1.电流表外接法：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连接3.保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。误差分析1.由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。2.测量时读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来误差。热点一教材原型实验命题角度实验原理及电路设计的考查【例1】某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L：规格“2.5V0.5A”电流表G1：满偏电流为1mA，内阻为30Ω电流表G2：满偏电流为10mA，内阻为30Ω电压表V：量程3V，内阻为9kΩ标准电阻R1：阻值1Ω标准电阻R2：阻值0.05Ω滑动变阻器R：阻值范围为0～10Ω学生电源E，电动势6V，内阻不计开关S及导线若干。学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电流表并设计电路。(1)电流表应该选________，标准电阻应该选________。(2)在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。解析绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程3V可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。根据并联分流规律可知，电流表G1与标准电阻R2并联，可将量程扩大到0.6A，满足实验需要。由于电流表和电压表内阻均已知，采用电流表内接或外接均可。答案(1)G1R2(2)如图所示命题角度数据处理及实验结果的应用【例2】(2017·全国卷Ⅰ，23)某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表(量程3V，内阻3kΩ)；电流表(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干。(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图1a所示。图1由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图b所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W。(结果均保留2位小数)解析(1)电压表量程为3V，要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL＝UI＝3.80.32Ω＝11.875Ω，所以RLRA＜RVRL，故电流表用外接法，如图所示。(2)由I－U图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律R＝ρlS知，灯丝的电阻率增大。(3)当滑动变阻器的阻值最大为9.0Ω时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由E＝U＋I(R＋r)得I＝－110U＋410，作出图线①如图所示。答案(1)见解析(2)增大增大(3)0.391.17由交点坐标可得U1＝1.78V，I1＝221mA，P1＝U1I1＝0.39W；当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，由E＝U＋I(R＋r)得，I＝－1R＋rU＋ER＋r，即I＝－U＋4，作出图线②如图所示。由交点坐标可得，U2＝3.68V，I2＝0.318A，最大的功率为P2＝U2I2＝1.17W。热点二实验拓展创新【例3】(2018·全国卷Ⅰ，23)某实验小组利用如图2(a)所示的电路探究在25℃～80℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃。实验得到的R2－t数据见下表。回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2－t曲线；图2(3)由图(b)可得到RT在25℃～80℃范围内的温度特性曲线。当t＝44.0℃时，可得RT＝________Ω；(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃。解析(1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端。(2)将t＝60℃和t＝70℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2－t曲线。(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值。由画出的R2－t曲线可知，当t＝44.0℃时，对应的RT＝450Ω。(4)由图(b)知R2＝620.0Ω，由画出的R2－t曲线可知，当R2＝620.0Ω时，手心温度t＝33.0℃。答案(1)b(2)如图(3)450(4)620.033.0