高中物理課件第八章恒定電流實驗九

實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線第八章

恒定電流內(nèi)容索引過好雙基關(guān)回扣基礎(chǔ)知識訓(xùn)練基礎(chǔ)題目研透命題點細(xì)研考綱和真題分析突破命題點過好雙基關(guān)1.實驗原理(1)測多組小電珠的U、I的值，并繪出I－U圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和

的關(guān)系.2.實驗器材小電珠“3.8V,0.3A”、電壓表“0～3V～15V”、電流表“0～0.6A～3A”、

、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆.基本實驗要求溫度滑動變阻器圖1(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖乙所示的電路.3.實驗步驟(1)畫出電路圖(如圖1甲所示).(3)測量與記錄移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格中.(4)數(shù)據(jù)處理①在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(biāo)系.②在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點.③將描出的點用

的曲線連接起來，得到小電珠的伏安特性曲線.平滑4.實驗器材選取(1)原則：①安全；②精確；③操作方便.(2)具體要求①電源允許的最大電流不小于電路中的實際最大電流.干電池中電流一般不允許超過0.6A.②用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流.③電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值.④電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的

以上.⑤從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測電阻

的滑動變阻器，分壓式接法要選用

阻值的滑動變阻器.相近較小1.注意事項(1)電路的連接方式：①電流表應(yīng)采用

接法：因為小電珠(3.8V,0.3A)的電阻很小，與量程為0.6A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大.②滑動變阻器應(yīng)采用

接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化.(2)閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關(guān)閉合時小電珠的電壓能從0開始變化，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲.規(guī)律方法總結(jié)外分壓式(3)I－U圖線在U0＝1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差.2.誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值

于真實值.(2)測量時讀數(shù)帶來誤差.(3)在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差.大研透命題點例1

(2017·全國卷Ⅰ·23)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8V，額定電流0.32A)；電壓表

(量程3V，內(nèi)阻3kΩ)；電流表

(量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω)；固定電阻R0(阻值1000Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0Ω)；電源E(電動勢5V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干.(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量，畫出實驗電路原理圖.命題點一教材原型實驗基礎(chǔ)考點自主悟透答案解析答案見解析圖

解析電壓表量程為3V，要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴(kuò)大量程，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開始，故滑動變阻器用分壓式接法，小燈泡的電阻RL＝

故電流表用外接法，實驗電路原理圖如圖所示.由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻

(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率

(填“增大”“不變”或“減小”).(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖2(a)所示.答案解析圖2增大增大解析由IU圖象知，圖象中的點與坐標(biāo)原點連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻隨電流的增大而增大，根據(jù)電阻定律R＝

知，燈絲的電阻率增大.(3)用另一電源E0(電動勢4V，內(nèi)阻1.00Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率.閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為

W，最大功率為

W.(結(jié)果均保留兩位小數(shù))答案解析0.391.17解析當(dāng)滑動變阻器的阻值最大為9.0Ω時，電路中的電流最小，燈泡實際功率最小，由E0＝U＋I(xiàn)(R＋r)得U＝－10I＋4，作出圖線①如圖所示.由交點坐標(biāo)可得U1＝1.78V，I1＝221mA，P1＝U1I1≈0.39W；當(dāng)滑動變阻器電阻值R＝0時，燈泡消耗的功率最大，由E0＝U＋I(xiàn)(R＋r)得，I＝－U＋4，作出圖線②如圖所示.由交點坐標(biāo)可得，U2＝3.70V，I2＝315mA，最大的功率為P2＝U2I2≈1.17W.解析由于燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于測量，滑動變阻器選擇0～10Ω的.變式1小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中：答案解析電壓U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50電流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46(1)實驗室有兩種滑動變阻器供選擇：A.滑動變阻器(阻值范圍0～10Ω、額定電流3A)B.滑動變阻器(阻值范圍0～2000Ω、額定電流1A)實驗中選擇的滑動變阻器是

.(填寫字母序號)√(2)在圖3甲中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實驗電路連接完整.答案解析圖3答案見解析圖解析由于燈泡的電壓和電流從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法.實物連線圖如圖甲所示.(3)開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑至

(選填“左”或“右”)端.答案解析左解析為了保護(hù)測量電路，開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑至最左端.(4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的U－I圖線.解析答案答案見解析圖解析小燈泡的U－I圖線如圖乙所示.(5)他們在U－I圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0V時坐標(biāo)點，計算此狀態(tài)的電阻值時，小明提出用圖象上該點曲線斜率表示小燈泡的阻值；小華提出該點與坐標(biāo)原點連線的斜率表示小燈泡的阻值.你認(rèn)為

(選填“小華”或“小明”)的方法正確.答案解析小華解析根據(jù)歐姆定律知，R＝

電阻的大小為該點與坐標(biāo)原點連線的斜率，故小華正確.變式2

(2017·廣東華南三校聯(lián)考)為探究小燈泡L的伏安特性曲線，提供了以下器材：小燈泡L：規(guī)格“4.0V

2.8W”；電流表A1，量程3A，內(nèi)阻約為0.1Ω；電流表A2，量程0.6A，內(nèi)阻r2＝0.2Ω；電壓表V，量程3V，內(nèi)阻rV＝9kΩ；標(biāo)準(zhǔn)電阻R1，阻值1Ω；標(biāo)準(zhǔn)電阻R2，阻值3kΩ；滑動變阻器R，阻值范圍0～10Ω；學(xué)生電源E，電動勢6V，內(nèi)阻不計；開關(guān)S及導(dǎo)線若干.(1)某同學(xué)設(shè)計了如圖4甲所示的電路來進(jìn)行測量，閉合開關(guān)前，滑動變阻器滑片應(yīng)置于

，當(dāng)通過L的電流為0.46A時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，電壓表的讀數(shù)為

V，此時L的電阻為

Ω.答案解析圖4左端2.305解析為保證安全且不損壞電路元件，閉合開關(guān)前，滑動變阻器滑片應(yīng)置于左端.題圖乙電壓表量程為3V，則讀數(shù)為2.30V，L的電阻R＝

Ω＝5Ω.(2)要想更準(zhǔn)確完整地描繪出L的伏安特性曲線，需要重新設(shè)計電路.請你利用所提供器材，在圖5中的虛線框中補(bǔ)畫出實驗電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號.答案解析圖5答案見解析圖解析如圖所示(3)根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖6，若將該燈泡接到E＝1.5V、r＝3.0Ω的電源兩端，則燈泡實際消耗的功率P＝______W.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案解析圖60.18解析在圖中畫出電源的I－U圖線，由兩圖象交點可知，燈泡兩端電壓U＝0.9V，電流I＝0.20A，燈泡實際功率P＝0.9×0.20W＝0.18W.(1)使用多用電表粗測元件X的電阻，選擇“×1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖7(a)所示，讀數(shù)為

Ω.據(jù)此應(yīng)選擇圖中的

(填“(b)”或“(c)”)電路進(jìn)行實驗；例2某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1Ω)、定值電阻等.答案解析命題點二實驗拓展與創(chuàng)新能力考點師生共研圖710(b)解析由題圖(a)可知，多用電表的讀數(shù)為10Ω，由于元件的電阻較小，電路應(yīng)選用電流表外接法，即選擇圖(b)電路.(2)連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，電流表的示數(shù)逐漸

(填“增大”或“減小”)；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y，重復(fù)實驗；答案解析增大解析當(dāng)滑動變阻器的滑片向右移時，電流表的示數(shù)增大.(3)如圖(d)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U－I圖線，由圖可判斷元件

(填“X”或“Y”)是非線性元件；答案解析Y解析由于元件Y的U－I圖線是曲線，因此Y是非線性元件.(4)該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R＝21Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路圖如圖(e)所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00V；斷開S2，讀數(shù)為1.00V.利用圖(d)可算得E＝

V.r＝

Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表).答案解析3.20.50解析設(shè)線性元件的電阻為R，由U－I圖線可知，R＝

＝10Ω，則S1、S2均閉合時，E＝0.3A×(10Ω＋r)，S1閉合、S2斷開時，E＝0.1A×(10Ω＋21Ω＋r)，解得E≈3.2V，r＝0.50Ω.變式3某實驗小組的同學(xué)在學(xué)校實驗室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過6mA，最大電壓不超過7V”，同學(xué)們想通過實驗描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們設(shè)計的一部分電路如圖8所示，圖中定值電阻R＝1kΩ，用于限流；電流表量程為10mA，內(nèi)阻約為5Ω；電壓表(未畫出)量程為10V，內(nèi)阻約為10kΩ；電源電動勢E為12V，內(nèi)阻不計.圖8解析滑動變阻器A允許的最大電壓為0.3×200V＝60V＞12V，滑動變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.5×20V＝10V＜12V，為保證安全，滑動變阻器應(yīng)選A.(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：A.阻值0～200Ω，額定電流0.3AB.阻值0～20Ω，額定電流0.5A應(yīng)選的滑動變阻器是

(填“A”或“B”).正確接線后，測得數(shù)據(jù)如下表：答案解析

12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50√(2)由以上數(shù)據(jù)分析可知，電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與

之間(填“O”或“P”)；答案解析P

12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50解析由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電學(xué)元件電阻的最小測量值約為：R＝

Ω≈1163.6Ω，電流表內(nèi)阻約為5Ω，電壓表內(nèi)阻約為10kΩ，相對來說，元件電阻遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用內(nèi)接法，因此電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與P之間.(3)將電路圖在方框中補(bǔ)充完整；答案解析

答案見解析圖解析描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，由(2)可知，電流表采用內(nèi)接法，實驗電路圖如圖所示：解析由表中實驗數(shù)據(jù)可知，當(dāng)元件兩端的電壓小于6V時，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端電壓大于6V時，隨著電壓的升高電流迅速增大，電壓與電流的比值減小，電阻變小.(4)從表中數(shù)據(jù)可知，該電學(xué)元件的電阻的特點是：_____________________________________________________________________________________________________.答案解析

12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50

當(dāng)元件兩端的電壓小于6V時，元件電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端的電壓大于6V時，隨著電壓的升高電阻變小

變式4硅光電池在無光照時不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件.某實驗小組設(shè)計了如圖9甲所示的電路，給硅光電池加反向電壓(硅光電池負(fù)極接高電勢點，正極接低電勢點)，探究其在無光照時的反向伏安特性.圖中電壓表V1量程選用3V，內(nèi)阻為6kΩ；電壓表V2量程選用15V，內(nèi)阻約為30kΩ；R0為保護(hù)電阻；直流電源電動勢E約為12V，內(nèi)阻不計.(1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙連接成完整電路.答案圖9答案

連線如圖所示

(2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器R，讀出電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2.①某次測量時，電壓表V1示數(shù)如圖丙所