2020届高考物理总复习第八单元恒定电流实验9测绘小电珠的伏安特性曲线教师用书（含解析） 15页

实验9　测绘小电珠的伏安特性曲线　　实验目的1.测绘小电珠的伏安特性曲线。2.分析小电珠伏安特性曲线的变化规律。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)值后,在I-U坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。实验器材小电珠、4V~6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干。实验步骤1.适当选择电流表、电压表的量程,采用电流表的外接法,按图示的电路原理图连接好实验电路。2.滑动变阻器采用分压式接法,闭合开关S前,把滑动变阻器的滑片调至滑动变阻器的A端,电路经检查无误后,闭合开关S。3.改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表和电压表的示数I和U,记录数据并填入表格内,断开开关S。4.在坐标纸上建立一个直角坐标系,作出I-U曲线,用平滑的曲线将各数据点连接起来,便得到伏安特性曲线。5.拆实验线路,整理好实验器材。　　数据处理1.在坐标纸上以U为横轴、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,以使所描绘的图线占据整个坐标纸为宜)3.将描绘的点用平滑的曲线连接起来,连接时,要使绝大多数点分布在图线上,不在图线上的点要均匀分布在图线的两侧,离图线较远的点应舍去。1.(2019山东烟台阶段考试)有一个小电珠上标有“4V　2W”的字样,现在要用伏安法测绘这个电珠的I-U图线。有下列器材供选用:A.电压表(0~5V,内阻为10kΩ)B.电压表(0~10V,内阻为20kΩ)C.电流表(0~0.3A,内阻为1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻为0.4Ω)E.滑动变阻器(5Ω,1A)F.滑动变阻器(500Ω,0.2A)n(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)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图,并把图甲所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。　　　　　　　　　　　　　甲解析　(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,故选用量程为0~5V的电压表;由P=UI得,小电珠的额定电流I=PU=0.5A,故应选择量程为0~0.6A的电流表。(2)由题意可知,电压从零开始变化,并要求多测几组数据,只能采用滑动变阻器分压式接法,而分压式接法中应选总阻值小的滑动变阻器,故选E。(3)小电珠内阻R=U2P=8Ω,电压表内阻远大于小电珠内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图如图乙所示。乙答案　(1)A　D　(2)E　(3)如图乙所示2.(2018全国卷Ⅰ,23)某实验小组利用如图甲所示的电路探究在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,先按图甲连接好电路,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n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。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到　　　　(选填“a”或“b”)端。 (2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线。(3)由图乙可得到RT在25℃~80℃范围内的温度特性。当t=44.0℃时,可得RT=　　　Ω。 (4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为　　　　Ω,则手心温度为　　　　℃。 　　解析(1)为了电路的安全,闭合S1前滑动变阻器接入电路的阻值需最大,滑片滑到b端。(2)根据表格中的数据描点连线,可得R2-t曲线如图丁所示。(3)当温度为44℃时,根据图象读出RT=450Ω。(4)根据电阻箱的读数原理可知R2=620.0Ω,结合图象可得该电阻对应的温度为33.0℃。　　答案(1)b(2)如图丁所示n丁(3)450(4)620.0　33.0见《自学听讲》P155一教材原型实验　　实验室中的小电珠的阻值通常比较小,为了较为准确测量小电珠工作时的电流值和电压值,测量电路一般采用电流表外接法。本实验要求小电珠的工作状态尽量宽广,控制电路总是把滑动变阻器接成分压方式。　　例1　小华和小明在“测绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,将实验数据记录在下表中:电压U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50电流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46　　(1)实验室有两种滑动变阻器供选择:A.滑动变阻器(阻值范围0~10Ω,额定电流为3A)B.滑动变阻器(阻值范围0~2000Ω,额定电流为1A)实验中选择的滑动变阻器是　　　　。 (2)在图甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。(3)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至　　　　(选填“左”或“右”)端。 (4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图线。n甲乙(5)他们在U-I图象上找到小灯泡工作电压为2.0V时的坐标点,计算此状态小灯泡的电阻,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值;小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值。你认为　　　　(选填“小华”或“小明”)的方法正确。 解析　(1)由于灯泡的电阻为几欧,为了便于测量,滑动变阻器应选择阻值范围是0~10Ω的。(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测,则滑动变阻器采用分压式接法;由于小灯泡的电阻较小,电流表采用外接法。实物连线图如图丙所示。丙(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端。(4)小灯泡的U-I图线如图丁所示。丁(5)根据欧姆定律知,R=UI,电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率,故小华的方法正确。n答案　(1)A　(2)如图丙所示　(3)左　(4)如图丁所示(5)小华二实验数据处理和误差分析　　(1)电表量程选择的原则是:在保证测量值不超过量程的情况下,指针偏转角度越大,测量值的精确度通常越高。(2)滑动变阻器滑片的初始位置:电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑片的位置,通常在开始实验时,应通过调节滑动变阻器的滑片位置,使小灯泡两端的电压或流经小灯泡的电流最小。(3)测绘小电珠的伏安特性曲线出现实验误差的原因:①测量电路存在系统误差。因为实验采用的是电流表外接法,未考虑电压表的分流作用,所以测得的I值比真实值偏大。②电表读数不准确和描绘I-U图线时作图不准确造成的偶然误差。　　例2　某物理实验小组用下列器材进行实验,测绘一种特殊元件的伏安特性曲线,所测数据记录在表格中。器材有:A.待测元件RxB.电流表(量程为0~50mA,内阻约为200Ω)C.电压表(量程为0~3V,内阻约为10kΩ)D.电压表(量程为0~6V,内阻约为15kΩ)E.滑动变阻器R1(阻值范围为0~20Ω,额定电流为2A)F.滑动变阻器R2(阻值范围为0~200Ω,额定电流为0.2A)G.学生电源(直流4V)H.开关及导线若干序号12345678910U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.24.26.711.919.023.830.037.1(1)为了调节方便,尽可能准确测量,电压表应选　　　　,滑动变阻器应选　　　　。(填器材前的字母序号) (2)在图甲虚线框内画出实验电路图。(3)在图乙坐标纸上用描点法画出元件的伏安特性(I-U)曲线。n解析　(1)由表格中的数据可知,测量的最大电压是3V,所以选择的电压表是量程为3V的;因为测量过程中的电压是从0开始,所以实验使用滑动变阻器的分压式接法,要选择电阻值比较小的R1。(2)当U=3.0V,I=37.1mA,此时待测元件的电阻值约为Rx=UI≈81Ω