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1、第八章第八章 恒定電流恒定電流實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線實驗九描繪小電珠的伏安特性曲線過好雙基關1.實驗原理實驗原理(1)測多組小電珠的U、I的值，并繪出IU圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和 的關系.2.實驗器材實驗器材小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“03 V15 V”、電流表“00.6 A3 A”、 、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆.基本實驗要求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、學生電源、開關用導線連接成如圖乙所示的電路.3.實驗步驟實驗步驟(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
2、組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入自己設計的表格中.(4)數(shù)據(jù)處理在坐標紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標系.在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點.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.實驗器材選取實驗器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便.(2)具體要求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0.6 A.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.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.電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的 以上.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
3、式接法要選用 阻值的滑動變阻器.相近較小1.注意事項注意事項(1)電路的連接方式：電流表應采用 接法：因為小電珠(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與量程為0.6 A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大.滑動變阻器應采用 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S前，滑動變阻器的觸頭應移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關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)律方法總結規(guī)律方法總結外分壓式(3)IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差. 2.誤差分析誤差分析(1
4、)由于電壓表不是理想電表，內阻并非無窮大，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)在坐標紙上描點、作圖帶來誤差.大研透命題點例例1(2017全國卷23)某同學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3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表 (量程3 V，內阻3 k)；電流表 (量程0.5 A，內阻0.5 )；固定電阻R0(阻值1 000 )；滑動變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動勢5 V，內阻不計)；開關S；導線若干.(1)實驗要求能夠實現(xiàn)在03.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖.命題點
5、一教材原型實驗基礎考點自主悟透基礎考點自主悟透答案解析答案答案見解析圖 解析解析電壓表量程為3 V，要求能夠實現(xiàn)在03.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴大量程，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增大增大解析解析由IU圖象知，圖象中的點與坐標原點連線的斜率在減小，表示燈泡的電阻隨電流的增大
6、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4 V，內阻1.00 )和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調節(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S，在R的變化范圍內，小燈泡的最小功率為 W，最大功率為 W.(結果均保留兩位小數(shù))答案解析0.391.17解析解析當滑動變阻器的阻值最大為9.0 時，電路中的電流最小，燈泡實際功率最小，由E0UI(Rr)得U10I4，作出圖線如圖所示.由交點坐標可得U11.78 V，I1221 mA，P1U1I10.39 W；當滑動變阻器電阻值R0時，燈泡消耗的功率最大，由E0UI(Rr)得，IU4，作出圖線如圖所示.
7、由交點坐標可得，U23.70 V，I2315 mA，最大的功率為P2U2I21.17 W.解析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010 的. 變式變式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/V 0.000.20 0.400.701.00 1.301.70 2.10 2.50電流I/A 0.000.14 0.240.260.37 0.400.43 0.45 0.46(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010 、額定電流3 A)B.滑動變阻器(阻值范圍02 000 、額定電流1 A)實驗中選擇的滑
8、動變阻器是 .(填寫字母序號)(2)在圖3甲中用筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整.答案解析圖3答案答案見解析圖解析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)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至 (選填“左”或“右”)端.答案解析左解析解析為了保護測量電路，開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至最左端.(4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的UI圖線.解析答案答案答案見解析圖解析解析小燈泡的UI圖線如圖乙所示.(5)他們在UI圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0 V時坐標點，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
9、的阻值；小華提出該點與坐標原點連線的斜率表示小燈泡的阻值.你認為 (選填“小華”或“小明”)的方法正確.答案解析小華解析解析根據(jù)歐姆定律知，R 電阻的大小為該點與坐標原點連線的斜率，故小華正確.變式變式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“4.0 V2.8 W”；電流表A1，量程3 A，內阻約為0.1 ；電流表A2，量程0.6 A，內阻r20.2 ；電壓表V，量程3 V，內阻rV9 k；標準電阻R1，阻值1 ；標準電阻R2，阻值3 k；滑動變阻器R，阻值范圍010 ；學生電源E，電動勢6 V，內阻不計；開關S及導線若干.(1)某同學設計了如
10、圖4甲所示的電路來進行測量，閉合開關前，滑動變阻器滑片應置于 ，當通過L的電流為0.46 A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 .答案解析圖4左端2.305解析解析為保證安全且不損壞電路元件，閉合開關前，滑動變阻器滑片應置于左端.題圖乙電壓表量程為3 V，則讀數(shù)為2.30 V，L的電阻R 5 . (2)要想更準確完整地描繪出L的伏安特性曲線，需要重新設計電路.請你利用所提供器材，在圖5中的虛線框中補畫出實驗電路圖，并在圖上標明所選器材代號.答案解析圖5答案答案見解析圖解析解析如圖所示(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E1.5
11、V、r3.0 的電源兩端，則燈泡實際消耗的功率P_ W.(結果保留兩位有效數(shù)字)答案解析圖60.18解析解析在圖中畫出電源的IU圖線，由兩圖象交點可知，燈泡兩端電壓U0.9 V，電流I0.20 A，燈泡實際功率P0.90.20 W0.18 W.(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 .據(jù)此應選擇圖中的 (填“(b)”或“(c)”)電路進行實驗；例例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(內阻約為3 k)、電流表(內阻約為1 )、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能力考點師生共研圖710(b)解析
12、解析由題圖(a)可知，多用電表的讀數(shù)為10 ，由于元件的電阻較小，電路應選用電流表外接法，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的電壓；將元件X換成元件Y，重復實驗；答案解析增大解析解析當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UI圖線，由圖可判斷元件 (填“X”或“Y”)是非線性元件；答案解析Y解析解析由于元件Y的UI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R21 的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內阻r，電路圖如
13、圖(e)所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V.利用圖(d)可算得E V.r (結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解析解析設線性元件的電阻為R，由UI圖線可知，R 10 ，則S1、S2均閉合時，E0.3 A(10 r)，S1閉合、S2斷開時，E0.1 A(10 21 r)，解得E3.2 V，r0.50 .變式變式3某實驗小組的同學在學校實驗室中發(fā)現(xiàn)一電學元件，該電學元件上標有“最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V”，同學們想通過實驗描繪出該電學元件的伏安特性曲線，他們設計的一部分電路如圖8所示，圖中定值電阻R1
14、k，用于限流；電流表量程為10 mA，內阻約為5 ；電壓表(未畫出)量程為10 V，內阻約為10 k；電源電動勢E為12 V，內阻不計.圖8解析解析滑動變阻器A允許的最大電壓為0.3200 V60 V12 V，滑動變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.520 V10 V12 V，為保證安全，滑動變阻器應選A.(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：A.阻值0200 ，額定電流0.3 AB.阻值020 ，額定電流0.5 A應選的滑動變阻器是 (填“A”或“B”).正確接線后，測得數(shù)據(jù)如下表：答案解析12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.
15、38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50(2)由以上數(shù)據(jù)分析可知，電壓表應并聯(lián)在M與 之間(填“O”或“P”)；答案解析P12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50解析解析由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電學元件電阻的最小測量值約為：R 1 163.6 ，電流表內阻約為5 ，電壓表內阻約為10 k，相對來說，元件電阻遠大于電
16、流表內阻，電流表應采用內接法，因此電壓表應并聯(lián)在M與P之間.(3)將電路圖在方框中補充完整；答案解析 答案答案見解析圖解析解析描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，由(2)可知，電流表采用內接法，實驗電路圖如圖所示：解析解析由表中實驗數(shù)據(jù)可知，當元件兩端的電壓小于6 V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，不導電；當元件兩端電壓大于6 V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，該電學元件的電阻的特點是：_.答案解析12345678910U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6
17、.32 6.36 6.38 6.39 6.40I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50 當元件兩端的電壓小于6 V時，元件電阻非常大，不導電；當元件兩端的電壓大于6 V時，隨著電壓的升高電阻變小 變式變式4硅光電池在無光照時不產生電能，可視為一電子元件.某實驗小組設計了如圖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 3 V，內阻為6 k；電壓表V2量程選用15 V，內阻約為30 k；R0為保護電阻；直流電源電動勢E約為12 V，內阻不計
18、.(1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙連接成完整電路.答案圖9答案答案連線如圖所示 (2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關S，調節(jié)變阻器R，讀出電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2.某次測量時，電壓表V1示數(shù)如圖丙所示，則U1 V，可算出通過硅光電池的反向電流大小為 mA(保留兩位小數(shù)).答案1.400.23該小組測出大量數(shù)據(jù)，篩選出下表所示的9組U1、U2數(shù)據(jù)，算出相應的硅光電池兩端反向電壓Ux和通過的反向電流Ix(表中“”表示反向)，并在圖10坐標紙上建立IxUx坐標系，標出了與表中前5組Ux、Ix數(shù)據(jù)對應的5個坐標點.請你標出余下的4個坐標點，并繪出IxUx圖線.答案123456789U1
19、/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA 0.000.000.010.020.040.070.120.190.29圖10答案答案描點繪出IxUx圖線，如圖所示.由IxUx圖線可知，硅光電池無光照下加反向電壓時，Ix與Ux成_(填“線性”或“非線性”)關系.答案解析非線性解析解析V1選用的是3 V量程，則刻度盤的最小分度為0.1 V，根據(jù)電表的讀數(shù)原則知U114.00.1 V1.40 V，I1 0.23 mA.由于繪出的IxUx圖象不是直線，即Ix與Ux成非線性關系.
物理第八章 恒定電流 實驗九 描繪小電珠的伏安特性曲線
