【与名师对话】高考物理总复习 第七章 第四讲 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线课件 新人教版选修31 .ppt

对应学生用书p133 一 实验目的描绘小电珠的伏安特性曲线 二 实验器材小电珠 电流表 电压表 滑动变阻器 电源 导线 开关 坐标纸 三 实验原理用电流表和电压表测出电珠在不同电压下的电流 建立u i坐标系 描点连成直线或平滑曲线即得到小灯泡的伏安特性曲线 为了尽可能多取些数据点并减小实验误差 应选用电流表外接法 滑动变阻器分压接法电路 因本实验电压范围变化较大 使小电珠电压能从0开始 四 实验步骤1 连接电路将小电珠 电流表 电压表 滑动变阻器 电源 开关用导线连接成如右图所示电路 2 测出小电珠在不同电压下的电流 1 闭合开关s前 滑动变阻器触头应移到最左端 以使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化 同时 这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 2 移动滑动变阻器触头的位置 测出12组不同的电压值u和电流值i 并将测量数据填入表格 i u图线在u0 1 0v左右将发生明显弯曲 故在u 1 0v左右测绘点要密 否则将出现很大误差 3 画出伏安特性曲线 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 4 拆除电路 整理仪器 问题探究描绘出小电珠的伏安特性曲线后 曲线上各点对应的曲线的斜率是否表示小电珠在该电压下的电阻值 若是 说明理由 若不是 如何表示该电压下的电阻值 电路连接是关键 先串后并把线连 滑动变阻要分压 a表外接减误差 电压从零开始变 u i坐标连曲线 要对图线细研究 得出规律记心间 对应学生用书p134 要点一误差分析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 要严格按照读数规则读数 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 要点二注意事项1 电路的连接方式 1 电流表应采用外接法 因为小电珠 3 8v0 3a 的电阻很小 与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连接 目的是为了使小电珠两端的电压能从0开始连续变化 2 闭合开关s前 滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为0的一端 从而使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化 同时 也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而烧坏灯丝 3 i u图线在u0 1 0v左右将发生明显弯曲 故在u 1 0v左右绘点要密 以防出现很大误差 4 电流表选择0 6a量程 电压表量程选择视小电珠的额定电压而定 即使用的若是 3 8v0 3a 的小电珠 选用电压表15v的量程 若使用 2 5v0 6a 的小电珠 则选用电压表3v的量程 5 保持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加到额定值 记录i后马上断开开关 6 误差较大的点要舍去 i u应是平滑曲线而非折线 7 建立坐标系时 纵轴表示电流 横轴表示电压 两坐标轴选取的标度要合理 使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸 下表中所列数据是测量小灯泡u i关系的实验数据 1 分析上表内的实验数据可知 应选用的实验电路图是图中的 填 甲 或 乙 2 试分析所选实验电路图存在误差的原因 解析 1 从表格中的数据可以看出 小灯泡的电压和电流从零开始逐渐变化 甲图所示电路中滑动变阻器采用分压接法 可以获得从零开始变化的电压 符合图中数据的要求 所以应选用的实验电路图是甲图 2 由甲图可知 电流表的分压会造成实验误差 因为小灯泡的电阻较小 和电流表内阻相差不太大 电流表最好用外接方式 答案 1 甲 2 见解析 对应学生用书p134 题型一实验操作及实验数据分析例1 2011 福建 某同学在探究规格为 6v 3w 的小电珠伏安特性曲线实验中 在小电珠接入电路前 使用多用电表直接测量小电珠的电阻 则应将选择开关旋至 挡进行测量 填选项前的字母 a 直流电压10vb 直流电流5mac 欧姆 100d 欧姆 1 该同学采用图甲所示的电路进行测量 图中r为滑动变阻器 阻值范围0 20 额定电流1 0a l为待测小电珠 v为电压表 量程6v 内阻20k a为电流表 量程0 6a 内阻1 e为电源 电动势8v 内阻不计 s为开关 在实验过程中 开关s闭合前 滑动变阻器的滑片p应置于最 端 填 左 或 右 在实验过程中 已知各元器件均无故障 但闭合开关s后 无论如何调节滑片p 电压表和电流表的示数总是调不到零 其原因是 点至 点的导线没有连接好 图甲中的黑色小圆点表示接线点 并用数字标记 空格中请填写图甲中的数字 如 2点到3点 的导线 该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示 则小电珠的电阻值随工作电压的增大而 填 不变 增大 或 减小 尝试解答 根据小电珠的规格标称值可算出其正常工作时的电阻为12 测电阻应选欧姆 1挡 开关闭合前 应保证小电珠电压不能太大 故应调滑片在最左端使小电珠电压从零开始 电表示数总调不到零 可知电源总是对电表供电 因此可知1点和5点间没有连接好 连成了限流式接法 这也是限流式与分压式接法的最显著区别 伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数 由图可知 随着电压的增大 曲线斜率减小 小电珠电阻增大 答案 d 左 1 5 或5 1 增大 题型二实验方法和原理的迁移例2 2011 佛山模拟 为了测定和描绘一只标有 220v 40w 的白炽灯丝的伏安特性曲线 可以利用调压变压器供电 调压变压器是一种自耦变压器 它只有一组线圈l 绕在闭合的环形铁芯上 输入端接在220v交流电源的火线和零线间 输出端有一个滑动触头p 移动它的位置 就可以使输出电压在0 250v之间连续变化 如图中画出的是调压变压器的电路图符号 实验室内备有交流电压表 交流电流表 滑动变阻器 开关 导线等实验必备器材 1 在上图中完成实验电路图 要求在额定电压下测得的数据误差尽量小 2 说明按你的实验电路进行测量时 在电压较高段与电压较低段进行比较 哪段的系统误差较大 为什么 3 如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如右图所示 试根据图线确定 把两只完全相同的 220v 40w 的白炽灯串联接在220v交流电源的火线和零线间时 两只灯所消耗的总功率是多大 尝试解答 1 该设计是 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验知识的迁移和拓展 将变压器接入电路 开关接火线 采用伏安法测出u i值 安培表内接 2 在电压较低段误差大 因为电压低时灯泡消耗的实际功率小 灯丝温度低 电阻小 对内接法而言 安培表的分压大 系统误差大 3 两只白炽灯串联后分压各为110v 由灯泡的伏安特性曲线可读出此时的工作电流约为0 15a 故p 0 15 110 2w 33w 答案 1 如右图所示 2 在电压较低段误差大 因为电压低时灯泡消耗的实际功率小 灯丝温度低 电阻小 对内接法而言 安培表的分压大 系统误差大 3 33w 对应学生用书p135 1 描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如右图所示 所用小电珠的额定电压是3 8v 关于该实验的系统误差 下列说法中正确的是 a 系统误差主要是由电压表的分流引起的b 系统误差主要是由电流表的分压引起的c 系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的d 系统误差主要是由读数时的估读引起的 解析 由于小电珠的电阻比较小 所以采用电流表外接的方法 此时电压表的测量值是准确的 但是电流表的测量值和真实值相比要大 原因是电压表分流 答案 a 2 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 的实验中备有下列器材 a 小电珠 3 8v 1 5w b 直流电源 电动势4 5v 内阻约0 4 c 电流表 量程0 500a 内阻约0 5 d 电压表 量程0 5v 内阻约5000 e 滑动变阻器r1 0 5 额定电流2a f 滑动变阻器r2 0 50 额定电流1a g 开关一个 导线若干如果既要满足测量要求 又要使测量误差较小 应选择如下图所示的四个电路中的 应选用的滑动变阻器是 解析 由于伏安特性曲线中的电压和电流均要从零开始测量 所以滑动变阻器应选用分压式 分压式接法适用于测量较大阻值电阻 与滑动变阻器的总电阻相比 由于r1rl ra 所以安培表应该选用外接法 答案 丙r1 或e 3 2011 海淀模拟 如下图甲为某同学测绘额定电压为2 5v的小电珠的i u图线实验电路图 1 根据电路图 用笔画线代替导线 将图乙中的实物图连接成完整实验电路 2 开关s闭合之前 图乙中滑动变阻器的滑片应该置于 选填 a端 b端 或 ab正中间 3 已知小电珠灯丝在27 时电阻值约为1 5 并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比 热力学温度t与摄氏温度t的关系为t 273 t 根据右图画出的小电珠i u特性曲线 估算该电珠以额定功率工作时灯丝的温度约为 保留两位有效数字 解析 对于分压电路 开关s闭合前 应该将滑动变阻器的滑片置于最左端 a端 使待测电路上电压为零 由灯丝电阻与热力学温度成正比可得r kt 当灯丝温度为300k时电阻为1 5 可得k 0 005 由小电珠的i u特性曲线可得当电压为2 5v时灯丝中电流约为0 265a 根据欧姆定律可得出灯丝电阻r u i 9 4 由r kt解得此时灯丝热力学温度t r k 1880k 即灯丝温度约为t t 273 1607 1 6 103 答案 1 实物连线图如下图所示 2 a端 3 1 6 103 4 2010 安徽理综 1 在测定金属的电阻率实验中 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图1所示 读数为 mm 2 在用单摆测定重力加速度实验中 用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径 示数如图2所示 读数为 cm 太阳能是一种清洁 绿色 能源 在我国上海举办的2010年世博会上 大量利用了太阳能电池 太阳能电池在有光照时 可以将光能转化为电能 在没有光照时 可以视为一个电学器件 某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法 探究一个太阳能电池在没有光照时的i u特性 所用的器材包括 太阳能电池 电源e 电流表a 电压表v 滑动变阻器r 开关s及导线若干 1 为了达到上述目的 请将图1连成一个完整的实验电路图 2 该实验小组根据实验得到的数据 描点绘出了如图2的i u图象 由图可知 当电压小于2 00v时 太阳能电池的电阻 填 很大 或 很小 当电压为2 80v时 太阳能电池的电阻约为 解析 略 1 描述某个电学元件的伏安特性曲线 滑动变阻器应采用分压式接法 以保证电学元件两端的电压能从零开始调节 电路图见答案 答案 1 0 617 0 616 0 619 2 0 675 1 连线如图 2 很大1 0 103 965 1040 通过表 b 中记录的数据进行分析 请完成下列实验要求 1 根据表 b 中的实验数据 在给出的方格纸内画出u i图线 并从图线上分析得到该灯的额定电压为 2 从表 b 中的实验数据可以分析 该同学实验时所选择的最合理的电路应为下列四个电路图中的图 所用的电流表为 滑动变阻器为 解析 1 根据表 b 中的数据 找坐标点 得如图所示图线因额定功率为0 75w 由图知 当电流为300ma时 电压为2 5v 此时功率p ui 0 75w 故该灯的额定电压为2 5v 2 因表 b 中电压从0 20v开始增大 电路采用限流式不能得到低电压 故电路采用分压式 又待测灯泡的阻值较小 只能采用电流表外接法 故图c符合要求 因电流最大为310ma 故电流表应选a2 电路采用分压式 应取小阻值滑动变阻器 故应选r2 答案 1 图线见解析2 5v 2 ca2r2 6 2012 洛阳四校联考 如图所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的u i关系曲线图 1 在上框中画出实验电路图 根据该电路图可得到u i关系的完整曲线 可用的器材有 电压传感器 电流传感器 滑线变阻器 变化范围0 50 电动势为6v的电源 不计内阻 小灯泡 电键 导线若干 2 如果将该小灯泡分别接入甲 乙两个不同电路 如图所示 其中甲电路的电源为一节干电池 乙电路的电源为三节干电池 每节干电池的电动势为1 5v 内电阻为1 5 定值电阻r 18 则接入 选填 甲 或 乙 电路时 小灯泡较亮些 3 在电路乙中 小灯泡消耗的电功率为 w 4 若将电路乙中的电阻r替换为另一个完全相同的小灯泡 其他条件不变 则此时电源内部的发热功率为 w 解析 由于要画出u i关系的完整曲线 必须用分压接法画出实验电路图 分别在小灯泡灯丝电阻为u i关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线 与小灯泡灯丝电阻为u i关系曲