（课标通用版）2020版高考物理总复习 第八章 05 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线课件

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线一实验目的二实验原理三实验器材基础过关四实验步骤五数据处理六注意事项七误差分析考点一实验原理和实验操作考点二实验数据处理和误差分析考点三实验拓展和实验创新考点突破基础过关一、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I-U图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。三、实验器材小电珠“3.8V0.3A”、电压表“0~3V、0~15V”、电流表“0~0.6A、0~3A”、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.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,按实验原理图连接好实验电路。2.将滑动变阻器的滑片移到使小电珠分得电压为零的一端,接线经检查无误后,闭合开关S。3.移动滑动变阻器滑片到不同位置,测出14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(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.62.02.42.83.23.63.8I(A)五、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,就得到小电珠的伏安特性曲线。六、注意事项1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法:小电珠(3.8V0.3A)的电阻很小,与量程为0~0.6A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接法: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小电珠。3.I-U图线在U=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.当小电珠两端的电压接近额定值时要缓慢移动滑动变阻器滑片,到额定值记录I后马上断开开关。5.误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。七、误差分析1.由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。2.电流表、电压表的读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来误差。考点突破考点一实验原理和电路设计例1某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有:电压表V1(量程0~3V,内阻等于3kΩ)电压表V2(量程0~15V,内阻等于15kΩ)电流表A1(量程0~200mA,内阻等于10Ω)考点突破电流表A2(量程0~3A,内阻等于0.1Ω)滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流2A)滑动变阻器R2(0~1kΩ,额定电流0.5A)定值电阻R3(阻值等于1Ω)定值电阻R4(阻值等于10Ω)定值电阻R5(阻值等于1kΩ)电源E(E=6V,内阻不计)①请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。②该同学描绘出的I-U图像应是下图中的。①请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。②该同学描绘出的I-U图像应是下图中的。答案①如图所示②B解析①首先考虑测量电路:由于小灯泡的规格为“3.8V,0.3A”,可知电表V2、A2量程太大而不能选用;电表V1、A1则需要改装才能获得小灯泡完整的伏安特性曲线。A1与R4并联可得量程为0~0.4A的电流表,V1与R5串联可得量程为0~4V的电压表,因小灯泡电阻值较小,测量电路应采用电流表外接的方式。再考虑控制电路:首先由调节的方便性可知滑动变阻器应选用R1,再由“绘制曲线完整”可知测量电压与电流应从零开始变化,故连接方法应选用分压式接法。②在I-U图像中,图线上某点与原点连线的斜率表示该状态下电阻的倒数,由于小灯泡灯丝的阻值是随温度升高而增大的,故只有B正确。变式1“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率为0.5W,实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选择:A.直流电源3V(内阻不计)B.直流电流表0~300mA(内阻约为5Ω)C.直流电流表0~3A(内阻约为0.025Ω)D.直流电压表0~3V(内阻约为3.0kΩ)E.滑动变阻器100Ω,0.5AF.滑动变阻器10Ω,2A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(1)实验中电流表应选用,滑动变阻器应选用。(均填写仪器前的字母)(2)应选择下图中哪一个电路图进行实验?。(3)如图甲是此实验的器材实物图,图中已连接了部分导线。请根据在上问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线。甲(4)开关S闭合之前,图甲中滑动变阻器的滑片应该置于。(选填“左端”“右端”或“正中间”)(5)根据实验数据,画出小灯泡I-U图线如图乙所示。由此可知,当电压为0.5V时,小灯泡的灯丝电阻是Ω。 乙(6)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的平方U2变化的图像,在下列选项中所给出的A、B、C、D图像中可能正确的是。 答案(1)BF(2)A(3)如图所示(4)左端(5)5.5(6)AC考点二实验数据处理和误差分析例2由金属丝制成的电阻器阻值会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象,亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的电压与电流的关系图线。可供选择的实验器材有:A.待测电阻器R(2.5V,1.2W)B.电流表A(0~0.6A,内阻为1Ω)C.电压表V(0~3V,内阻未知)D.滑动变阻器(0~10Ω,额定电流为1A)E.电源(E=3V,内阻r=1Ω)F.定值电阻R0(阻值为5Ω)G.开关一个和导线若干(1)实验时,该同学采用电流表内接法,并且电阻器两端电压从零开始变化,请在虚线框内画出实验电路图。其中,I是电流表的示数,U是电压表的示数,UR是电阻器两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格,然后在图中画出电阻器的UR-I图线。I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V(2)按照正确的电路图,该同学测得实验数据如下:(3)该同学将本实验中的电阻器R以及给定的定值电阻R0二者串联起来,接在本实验提供的电源两端,则电阻器的实际功率是W(结果保留两位小数)。答案(1)如图甲所示(2)如下表所示如图乙所示(3)0.32UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52甲乙解析(1)要使电阻器两端的电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法。电路图如答图甲所示。(2)电压表的示数减去电流表的分压即电阻器两端的电压,即UR=U-IRA,数据如答表中所示。根据数据描点连线,作出电阻器的伏安特性曲线如答图乙所示。(3)由UR+I(r+R0)=E得UR=E-I(r+R0),作出电源的UR-I图像,如图中直线所示,由此图线与电阻器的UR-I图线的交点可得,将电阻器R及给定的定值电阻R0串联起来接到本实验提供的电源两端时电阻器两端的电压UR=0.9V,电流I=0.35A,电阻器的实际功率为P=URI≈0.32W。创新角度实验装置\原理图创新解读实验原理的创新 1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况。2.借助伏安特性曲线进行实验数据处理,计算小灯泡的最小功率和最大功率实验器材的创新 1.电路中增加R2和S2,作用是实验前使电容器所带的电荷中和。2.实物连线图随之发生变化实验过程的创新 1.分析电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系。2.设计电路,通过电压表的示数来显示风速考点三实验拓展和实验创新例3(2017课标Ⅰ,23,10分)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。图(a)图(b)(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。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)答案(1)实验电路原理图如图所示(2)增大增大(3)0.391.17解析本题考查电路设计及伏安特性曲线的应用。(1)先考虑测量电路,由于小灯泡的额定电压为3.8V,而电压表的量程只有3V,但其内阻已知,由给定器材规格可知,可串联固定电阻R0将其改装为量程4V的电压表。因小灯泡的电阻较小,采用电流表外接法。考虑控制电路,由于实验中电压需从0开始变化,故控制电路需采用分压式。(2)由R= 知I-U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,故随着电流的增加小灯泡电阻逐渐增大。再由R=ρ 可知,在L、S不变的情况下,R增大的原因只能是电阻率ρ增大。UILS(3)当R全部电阻接入电路时,通过灯泡的电流最小,灯泡实际消耗的功率最小。设此时灯泡两端电压为U、通过的电流为I,由闭合电路欧姆定律得E0=U+I(R+r),代入数据得I=0.4A-0.1U,在灯泡的伏安特性曲线坐标系中作出I=0.4A-0.1U的图线,两图线的交点坐标即此时灯泡两端电压与通过灯泡的电流,有U=1.75V、I=225mA,故最小功率为Pmin=IU=0.39W。当R接入电路中的阻值等于0时,电路中电流最大、灯泡实际消耗的功率最大。同理可得Pmax=1.17W。变式2小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系。已知该金属电阻在常温下的阻值约10Ω,R随t的升高而增大。实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合S,先将开关K与1端闭合,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1,t2,…和电流表的相应示数I1,I2,…。然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1,I2,…,分别记下电阻箱相应的示数R1,R2,…。 (1)有以下两种电流表,实验电路中应选用。A.量程0~100mA,内阻约2ΩB.量程0~0.6A,内阻可忽略(2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”,正确的操作顺序是。①将旋钮a由“0”旋转至“1”②将旋钮b由“9”旋转至“0”③将旋钮c由“9”旋转至“0”(3)实验记录的t和R的数据见下表:温度t(℃)20.040.060.080.0100.0阻值R(Ω)9.610.411.112.112.8请根据表中数据,在方格纸上作出R-t图线。 由图线求得R随t的变化关系为R=Ω。答案(1)A(2)①②③(或①③②)(3)见下图0.04t+8.8(0.04t+8.6~0.04t+9.0都算对) 解析此电源电动势为1.5V,回路总电阻最小约10Ω,所以最大电流约150mA,若用量程为0~0.6A的电流表测量,则电流表指针偏转不到满刻度的三分之一,测量误差偏大,且电路中还有滑动变阻器可用于调节,所以应选量程为0~100mA的电流表。调节电阻箱的阻值时应保证电路安全,所以必须先将旋钮a由“0”旋转至“1”。作图时应选择适合的标度和始点,让图线尽可能展开,方便找出规律。1.(2018广东茂名模拟)现要用伏安法描绘一只标有“2.5V0.6W”字样的小灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:A.电压表(0~3V,内阻3kΩ;0~15V,内阻10kΩ)B.电流表(0~0.6A,内阻0.5Ω;0~3A,内阻0.1Ω)C.滑动变阻