高中物理实验8描绘小电珠的伏安特性曲线学案1 13页

实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线 考纲解读 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不是一条直线． 基本实验要求 1．实验原理 (1)测多组小电珠的 U、I 的值，并绘出 I－U 图象； (2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系． 2．实验器材 小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学 生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔． 3．实验步骤 (1)画出电路图(如实验原理图甲)． (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乙所 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． 4．实验器材选取 (1)原则：①安全；②精确；③操作方便． (2)具体要求 ①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过 0.6 A. ②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流． ③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值． ④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的1 3 以上． ⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选 用较小阻值的滑动变阻器． 规律方法总结 1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 两种接法的电路图 负载 R 上电压的调节范围 RE R＋R0 ≤U≤E 0≤U≤E 负载 R 上电流的调节范围 E R＋R0 ≤I≤E R 0≤I≤E R 2.两种接法的适用条件 (1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻 器的最大电阻还小)． (2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)． 3．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(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与量程为 0.6 A 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，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电 珠的电压能从零开始变化，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灯丝． (3)I－U 图线在 U0＝1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在 U＝1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误 差． 4．误差分析 (1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，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． 考点一 实验原理和电路设计 例 1 (2013·天津·9(3))要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的 电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作．乙选用的器材有： 电池组(电动势为 4.5 V，内阻约 1 Ω)； 电流表(量程为 0～250 mA，内阻约 5 Ω)； 电压表(量程为 0～3 V，内阻约 3 kΩ)； 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)． A．滑动变阻器(最大阻值 20 Ω，额定电流 1 A) B．滑动变阻器(最大阻值 1 750 Ω，额定电流 0.3 A) ②实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)． ③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图 1 所示．如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V、内阻为 5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W. 图 1 解析 ①测绘小灯泡的伏安特性曲线，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较小和额定电流较大的 A. ②因为小灯泡两端的电压由零逐渐增加到 3 V，故滑动变阻器应采用分压式接法．灯泡的电阻 R ＝U2 P ＝15 Ω，额定电流 I＝P U ＝0.2 A，由 R＝15 Ω< RARV＝ 15 000 Ω，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在灯泡的 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灯泡供电时的电压和 电流，此时 P 灯＝IU＝0.1×1 W＝0.1 W. 答案 ①A ②B ③0.1 变式题组 1．[实验原理与电路设计]在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，除有一标有“6 V 1.5 W” 的小灯泡、导线和开关外，还有： A．直流电源 6 V(内阻不计) B．直流电流表 0～3 A(内阻 0.1 Ω以下) C．直流电流表 0～300 mA(内阻约为 5 Ω) D．直流电压表 0～10 V(内阻约为 15 kΩ) E．滑动变阻器 10 Ω，2 A F．滑动变阻器 1 kΩ，0.5 A 实验要求小电珠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________(均用序号表示)． (2)在虚线框内画出实验电路图． (3)试将图 2 所示器材连成实验电路． 图 2 答案 (1)C E (2)实验电路图如图所示 (3)实物图连线如图所示 解析 (1)I 额＝1.5 6 A＝250 mA，故电流表应选 C.因要求小电珠两端的电压从零开始变化，滑动 变阻器用分压式接法，应选较小阻值的 E. 2．[电路设计]某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有“最大电 流不超过 6 mA，最大电压不超过 7 V”，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线， 他们设计的一部分电路如图 3 所示，图中定值电阻 R＝1 kΩ，用于限流；电流表量程为 10 mA， 内阻约为 5 Ω；电压表(未画出)量程为 10 V，内阻约为 10 kΩ；电源电动势 E 为 12 V，内阻不 计． 图 3 (1)实验时有两个滑动变阻器可供选择： A．阻值 0～200 Ω，额定电流 0.3 A B．阻值 0～20 Ω，额定电流 0.5 A 应选择的滑动变阻器是________(填“A”或“B”)． 正确接线后，测得数据如下表： 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V 0.00 3.00 6.00 6.1 6 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40 I/mA 0.00 0.00 0.00 0.0 6 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 (2)由以上数据分析可知，电压表并联在 M 与________之间(填“O”或“P”) (3)将电路图在虚线框中补充完整． (4)从表中数据可知，该电学元件的电阻特点是：______________________________ ________________________________________________________________________. 答案 (1)B (2)P (3)如图所示 (4)当元件两端的电压小于 6 V 时，元件的电阻非常大，不导电；当元件两端的电压大于 6 V 时， 随着电压的升高元件的电阻变小 解析 (1)利用分压式接法时，应选择最大阻值较小的滑动变阻器，这样便于调节．(2)从表中数 据看，由于被测元件的电阻大约为 1 kΩ以上，对照电压表、电流表的内阻，应用电流表内接法， 电压表应并联在 M 与 P 之间．(4)从表中数据可以看出：当元件两端的电压小于 6 V 时，元件的 电阻非常大，不导电；当元件两端的电压大于 6 V 时，随着电压的升高元件的电阻变小． 电学实验电路设计的思路与方法 1．首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或要求 设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：安全、方便、经济． 2．在测量电路中，一般有电流表内接和外接两种方法，对于给定电表内阻的情况，应先比较 R0 与待测电阻 Rx 的关系，其中 R0＝ RARV，若 Rx>R0，则设计为电流表内接法；若 Rx