高中物理选修一轮复习详细实验.docx
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高中物理选修一轮复习详细实验
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
一、滑动变阻器的限流接法和分压接法
1.两种接法比较
方式
内容
限流式接法
分压式接法
对比说明
两种接法电路图
串、并
联关系
不同
负载R上电压调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
分压电
路调节
范围大
负载R上电流调节范围
≤I≤
0≤I≤
分压电
路调节
范围大
闭合S前触头位置
b端
a端
都是为了
保护电路
元件
由上表可以看出:
滑动变阻器的分压式接法中,电压和电流的调节范围大,限流式接法较节能.
2.两种接法的选择
(1)选择不同接法的原则
(2)两种接法的适用条件
①限流式接法适合测量阻值小的电阻(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如果R很小,限流式接法中滑动变阻器分得电压较大,调节范围也比较大.R很大时,分压式接法中R几乎不影响电压的分配,滑片移动时,电压变化接近线性关系,便于调节.
a.若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法.
b.若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化不明显,此时,应改用分压电路.
c.若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式接法.
d.两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单、耗能低.
二、描绘小电珠的伏安特性曲线
实验目的
1.描绘小电珠的伏安特性曲线.
2.分析小电珠伏安特性曲线的变化规律.
实验原理
1.用电流表测出流过小电珠的电流,用电压表测出小电珠两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来.
2.电流表外接:
因为小电珠的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用分压式接法,使电压能从零开始连续变化.
实验器材
小电珠V,0.3A)或V,0.6A)一个、电压表(0~3V~15V)与电流表(0~0.6A~3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔.
实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分
压式接法,按图1的原理图连接好实验电路.
图1
2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后闭合开关S.
3.移动滑动变阻器滑片位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S.
U(V)
0
I(A)
U(V)
I(A)
4.拆除电路,整理仪器.
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.(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结起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.
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、作图带来操作误差.
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V,0.3A)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=V左右将发生明显弯曲,故在U0=V左右描点要密,以防出现较大误差.
4.电流表选择0.6A量程,电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定,即若使用“V,0.3A”的小电珠,选用电压表的15V量程;若使用“V,0.6A”的小电珠,则选用电压表的3V量程.
5.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录后马上断开开关.
6.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线.
实验改进
一种测小电珠的电阻的准确方法
实验原理:
如图2所示,两个电压表完全相同且内阻很大.移动滑动触头,调节电阻箱的示数,使两个电压表示数相同,则电阻箱的读数即为小电珠电阻,记下小电珠的电阻和电压;多次移动滑动触头,采用相同方法,记下相应电阻箱示数和
电压表的读数.在坐标纸上画出R-U图线,并分析R随U变化的规律.
图2
在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中,由于电表内阻的影响,会产生系统误差使得小电珠的电阻测量不准确.上述实验方法可以消除这种误差,操作、读数也较方便.
记忆口诀
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,
电压从零开始调,U-I坐标连曲线,
连好曲线细研究,得出规律记心间.
例1 图3中所示器材为某同学测绘额定电压为V的小灯泡的I-U特性曲线的实验器材.
(1)根据实验原理,用笔画线代替导线,将图中的实验电路图连接完整.
图3
(2)开关S闭合之前,图中滑动变阻器的滑片应该置于________.(选填“A端”、“B端”或“AB中间”)
(3)实验中测得有关数据如下表:
U/V
I/A
根据表中的实验数据,在图4中画出小灯泡的I-U特性曲线.
图4
(4)若已知小灯泡灯丝在27°C时电阻值约为Ω,并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比,试估算该小灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为______°C.(保留三位有效数字)
例2 某同学想描绘某一热敏电阻的伏安特性曲线,实验室提供下列器材:
A.电压表V(量程为0~5V,内阻约5kΩ)
B.电流表A1(量程为0~25mA,内阻约为Ω)
C.电流表A2(量程为0~0.6A,内阻约为Ω)
D.滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流1.5A)
E.滑动变阻器R2(0~1000Ω,额定电流0.5A)
F.定值电阻R0(R0=1000Ω)
G.直流电源(电动势6V,内阻忽略不计)
H.电键一个、导线若干
(1)该同学选择了适当的器材组成描绘伏安特性曲线的电路,得到热敏电阻电压和电流的7组数据(如下表),请你在图5中作出热敏电阻的伏安特性曲线.
电压U(V)
电流I(mA)
图5
(2)由此曲线可知,该热敏电阻的阻值随电压的增大而________(选填“增大”或“减小”).该同学选择的电流表是________(选填“B”或“C”),选择的滑动变阻器是________(选填“D”或“E”).
(3)请在虚线框中画出该同学完成此实验的电路图(热敏电阻符号为
)
23.实验电路设计的思路与方法
电路设计也是高考实验题中常考题型之一.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.任何实验电路都由测量电路和控制电路构成,测量电路又由电表和被测元件构成,而控制电路由变阻器、开关、电源构成.在测量电路中,一般由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 ①数据要求从0开始;②变阻器阻值太小、限流限不住;③变阻器调节时,不能获取有区分度的多组数据. 例3 某同学为了描绘一个标有“12V,6W”的小灯泡的伏安特性曲线,他到实验室寻找到了一些仪器,但没找到电压表,找到的器材规格如下: A.电流表A1(0~0.5A,内阻为Ω) B.电流表A2(0~0.6A,内阻约为Ω) C.电阻箱R1(0~9Ω,最小调节量Ω) D.电阻箱R2(0~Ω),最小调节量Ω) E.滑动变阻器R3(0~50Ω,额定电流为1.5A) F.滑动变阻器R4(0~5Ω,额定电流为3A) G.16V直流电源 H.开关、导线若干,待测灯泡 利用现有器材,结合所学知识,请你替这位同学设计本实验. (1)画出实验原理图; (2)以上器材中电阻箱应选用________,滑动变阻器应选用________(填代号). (3)写出小灯泡两端电压的表达式,并说明式中符号的意义: _______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________. 1.描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如图6所示,所用小 电珠的额定电压是V.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图6 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 2.为探究小电珠L的伏安特性,连好如图7所示的电路后闭合开关S,通 过移动变阻器的滑片,使小电珠中的电流由零开始逐渐增大,直到小电 珠正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是 图中的( ) 图7 3.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时,所用器材有: 电动势为6V的电源,额定电压为V的小灯泡,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8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8 (1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整; (2)连好电路,闭合开关,移动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,但电压表有示 数,电流表几乎不偏转,则故障的原因可能是________________________________ _____________________________________________________________________; (3)排除故障后闭合开关,移动滑片P到某处,电压表的示数为V,要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向____端滑动(选填“左”“右”); (4)通过移动滑片P,分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数,并绘制成了如图9所示的U-I图象.根据U-I图象提供的信息,可计算出小灯泡的额定功率是________W; 图9 (5)图线是曲线而不是过原点的直线,原因是_______________________________ _______________________________________________________________________. 4.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中,除标有“6V W”字样的小电珠、导线和开关外,还有下列器材: A.直流电源(6V,内阻不计) B.直流电流表(量程为3A,内阻Ω以下) C.直流电流表(量程为300mA,内阻约为5Ω) D.直流电压表(量程为10V,内阻约为15kΩ) E.滑动变阻器(10Ω,2A) F.滑动变阻器(1kΩ,0.5A) 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)试将如图10所示的器材连成实物电路. 图10 图11 5.发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件.它的电路符号如图11所示,正常使用时,带“+”的一端接高电势,带“-”的一端接低电势,某同学用实验方法探究二极管的伏安特性,现测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示. U/V 0 I/mA 0 (1)在虚线框内画出实验电路图.(除电源、开关、滑动变阻器外;实验用电压表V: 内阻RV约为10kΩ,电流表mA: 内阻RA约为100Ω) (2)在图12中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线. 图12 (3)根据 (2)中画出的二极管的伏安特性曲线,简要说明发光二极管的电阻与其两端 电压的关系: __________________________________________________________ ______________________________________________________________________. 6.(2011·福建·19 (2))某同学在探究规格为“6V,3W”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10V B.直流电流5mA C.欧姆×100D.欧姆×1 (2)该同学采用图13所示的电路进行测量.图中R为滑动变阻器(阻值范围0~20Ω,额定电流1.0A),L为待测小电珠, 为电压表(量程6V,电阻20kΩ), 为电流表(量程0.6A,内阻1Ω),E为电源(电动势8V,内阻不计),S为开关. 图13 Ⅰ.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”) Ⅱ.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13中的数字) Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图14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”)图14 答案 课堂探究 例1 (1)如图所示 (2)A端 (3)如图所示 (4)×103×103~×103均对) 例2 (1)如下图所示 (2)减小 B D (3)如图所示 例3 (1)如图所示 (2)R1 R4 (3)(I2-I1)R1-I1RA1 I1、I2分别是A1、A2的读数,R1、RA1分别是R1、A1的阻值 随堂训练 1.A 3. (1)连线如图所示 (2)c段导线断路或灯泡损坏 (3)右 (4) (5)小灯泡的电阻会随温度的升高而增大 4. (1)C E (2)(3)见解析图 5. (1)实验电路图如图所示 (2)伏安特性曲线如图所示 (3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小 6. (1)D (2)Ⅰ.左 Ⅱ.1 5(或5 1) Ⅲ.增大
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