第八章 实验九描绘小电珠的伏安特性曲线

1、第八章恒定电流实验九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，并绘出IU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“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 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电路(3)测量与记录移动滑动变阻器触

2、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)数据处理在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系在坐标纸上描出各组数据所对应的点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：安全；精确；操作方便(2)具体要求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.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电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上从便于操作来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑

3、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UE0UE负载R上电流的调节范围I0I2. 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(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)(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总电阻要大)3 注意事项(1)电流表外接法：本实验中被测小电珠的电阻值较小，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接法：本实验要作出UI图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压式接法(3)保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前

4、滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压4 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.考点一对实验原理和电路设计的考查例1(2012·四川理综·22(2)某学习小组的同学拟探究小电珠L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小电珠L，规格“4.0 V0.7 A”；电流表A1，量程3 A，内阻约为0.1 ；电流表A2，量程0.6 A，内阻r20.2 ；电压表V，量程3 V，内阻rV9 k；标准电阻R1

5、，阻值1 ；标准电阻R2，阻值3 k；滑动变阻器R，阻值范围010 ；学生电源E，电动势6 V，内阻不计；开关S及导线若干甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46 A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为_. 甲乙图1乙同学又设计了如图2所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是_ V.图2 图3学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图3所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号答案54见解析图解析电压表的示数U2.30 V，所以电珠L的电阻RL 5 .由题图知

6、电压表V与R2串联，根据串联分压，当电压表V的示数为3 V时，R2两端的电压U2R2×3 000 V1 V，所以电珠两端的电压UUVU2(31) V4 V.要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程应变为4.0 V，电流表的量程应变为0.7 A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装成量程为4.0 V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6 A A0.72 A的电流表故虚线框内实验电路如图所示考点二对仪器选取、图象描绘及数据处理的考查例2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小电珠，其标称功率值为0.75 W，额定电压值已模糊不清他们想测定其额定电压值，于

7、是先用欧姆表直接测出该电珠的电阻约为2 ，然后根据公式计算出该电珠的额定电压U V1.22 V他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过电珠的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘电珠的UI图线，进而分析电珠的额定电压A电压表V(量程3 V，内阻约3 k)B电流表A1(量程150 mA，内阻约2 )C电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 )D滑动变阻器R1(020 )E滑动变阻器R2(0100 )F电源E(电动势4.0 V，内阻不计)G开关S和导线若干H待测电珠L(额定功率0.75 W，额定电压未知)(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原

8、理图，指出上述器材中，电流表选择_(填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择_(填“R1”或“R2”)(2)在实验过程中，该同学将电珠两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现电珠亮度很暗，当达到2.70 V时，发现电珠已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中.次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据实验数据在图4中作出电珠的UI图线图4(3)由图象得出该电珠的额定电压应为_V；这一结果大于1.23 V，其原因是_解析(1)根据PI2R，估算电珠的电流大约是600 mA，因此

9、电流表应选A2；本实验要描绘出电珠的UI图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小电珠电阻不大，电流表应外接；(2)如图所示(3)由PUI0.75 W，再结合图象可知U额2.5 V；大于1.23 V的原因是由于电珠冷态电阻小于正常工作时的电阻答案(1)电路原理图如图所示A2R1(2)见解析图(3)2.5(2.42.6)电珠冷态电阻小于正常工作时的电阻(或电珠电阻随温度升高而变大)43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

10、电路中，一般有电流表内接和外接两种方式，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，若Rx>R0，则设计为内接；若Rx<R0，则设计为外接；若电表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行改装3 在控制电路中，滑动变阻器有分压式、限流式两种接法，若变阻器阻值较小，一般设计为分压式；若变阻器阻值较大，一般设计为限流式，在二者都可行时，应先考虑限流方式，但下面三种情形必须设计为分压式接法：(1)数据要求从0开始变化；(2)变阻器阻值太小，限流限不住；(3)调节变阻器时，不能获取有区分度的多组数据.答案(1)A2V1R1(2)如图所示(3)减小0.121 (2012

11、·安徽理综·21)图6为“测绘小电珠伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小电珠额定电压为2.5 V.图6(1)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，_；断开开关，根据实验数据作出小电珠的伏安特性曲线(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图答案(1)使它靠近滑动变阻器左端的接线柱增加小电珠两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压(2)见解析图解析(1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小电珠两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑

12、片，增加小电珠两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)与实物电路相应的电路图如图所示2 (2011·福建理综·19(2)某同学在探究规格为“6 V，3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：(1)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10 V B直流电流5 mAC欧姆×100 D欧姆×1图7(2)该同学采用图7所示的电路进行测量图中R为滑动变阻器(阻值范围020 ，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，为电压表(量程6 V，电阻20 k)，为电流表(量程0.6

13、 A，内阻1 )，E为电源(电动势8 V，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7中的数字).该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图8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”)答案(1)D(2).左.15(或51).增大 图8 解析(1)因小电珠正常发光时的电阻R 12 ，小电珠未接入电路的电阻

14、要比正常发光时小得多(因温度的影响)，故用多用电表测未接入电路的小电珠的电阻，应选D.(2).在实验时，闭合开关前，应使用电器的电压、电流为最小值，故应使滑片P置于最左端.若1点到5点未接好，则电路成为滑动变阻器的限流式电路.在IU图象中的每一点与O点连线的斜率逐渐减小，即电阻的倒数减小，所以电阻增大3 (2011·山东理综·23(2)改编)某同学利用图9所示电路，探究了电源在不同负载下的输出功率图9所得实验数据如下表，请在图10上画出UI图象.U/V1.961.861.801.841.641.56I/A0.050.150.250.350.450.55图10根据所画的UI图

15、象，可求得电流I0.20 A时电源的输出功率为_ W(保留两位有效数字)实验完成后，该同学对实验方案进行了反思，认为按图9电路进行实验操作的过程中存在安全隐患，并对电路重新设计在图11所示的电路中，你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率，又能消除安全隐患的是_(Rx阻值未知)图11答案如图所示0.37b解析选择合适标度后描点，连接成图象时，应舍弃第四组数据点在所画的UI图象上读出与I0.2 A对应的电压U值，根据PIU求解题中“存在安全隐患”，意为缺乏保护措施a电路中Rx起不到保护作用，c中Rx起保护作用，但不能测出电源的输出功率，b能满足题目要求，选b.4 小亮同学为研究某电学元件(最大电

16、压不超过2.5 V，最大电流不超过0.55 A)的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材：A电压表(量程是3 V，内阻是6 k)B电压表(量程是15 V，内阻是30 k)C电流表(量程是0.6 A，内阻是0.5 )D电流表(量程是3 A，内阻是0.1 )F滑动变阻器(阻值范围05 )，额定电流为0.6 AG滑动变阻器(阻值范围0100 )，额定电流为0.6 AH直流电源(电动势E3 V，内阻不计)I开关、导线若干该同学设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据(I和U分别表示电学元件上的电流和电压).I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V

17、00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)为了提高实验结果的准确程度，电流表选_；电压表选_；滑动变阻器选_(以上均填写器材代号)(2)请在下面的虚线框中画出实验电路图；(3)在图12中描出该电学元件的伏安特性曲线；图12(4)据图中描出的伏安特性曲线可知，该电学元件的电阻随温度而变化的情况为：_.答案(1)CAF(2)见解析图(3)见解析图(4)元件电阻随温度升高而增大解析(1)从表格中的实验数据可知，电流测量值I的范围为00.50 A，电压测量值U的范围为02.00 V，因此电流表应选C，电压表应选A.因为本实验要测量多组(U，I)值，需使电压U连续变化，因此，变阻器应接成分压式，且选阻值较小的滑动变阻器F.(2)由表格中的数据，根据R，估算电学元件的电阻值大约为几欧，因此电流表外接电路图如图所示：(3)如图所示(4)由图象知，图线的斜率逐渐变小，因此随着温度的变化，电学元件的电阻逐渐增大5 在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源、额定电压为2.5 V的小电珠、以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线要求能测出尽可能多组数据图13是没有连接完整的实物电路(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根)图13(1)请你用笔画线代替导线，在原图中将实物电路连接完整；(