高考物理一轮复习讲义第4讲实验八描绘小电珠的伏安特性曲线.docx
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高考物理一轮复习讲义第4讲实验八描绘小电珠的伏安特性曲线
第4讲 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
限流接法
分压接法
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很大,限流式接法较节能.
2.两种接法的选择
选取
原则
二、描绘小灯泡的伏安特性曲线
温馨提示
1.两种接法的适用条件
(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).
2.以下三种情况必须采取分压式
①滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值;②电压要求从零变化;③实验仪器最大允许电流、电压不够,即连成限流式接法时,电压或电流超过电表量程.
注意事项
1.电流表外接法:
本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,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连接
本实验要作出UI图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压接法.
3.保护元件安全:
为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端.加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压.
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.
考查仪器的选择及电路设计
【例1】某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件,如图7-4-1所示为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性曲线,实验室备有下列器材:
图7-4-1
器材(代号)
规格
电流表(A1)
量程0~50mA,内阻约为50Ω
电流表(A2)
量程0~200mA,内阻约为10Ω
电压表(V1)
量程0~3V,内阻约为10kΩ
电压表(V2)
量程0~15V,内阻约为25kΩ
滑动变阻器(R1)
阻值范围0~15Ω,允许最大电流1A
滑动变阻器(R2)
阻值范围0~1kΩ,允许最大电流100mA
直流电源(E)
输出电压6V,内阻不计
电键(S)、导线若干
(1)为提高实验结果的准确程度,电流表应选用________;电压表应选用________;滑动变阻器应选用________.(以上均填器材代号)
(2)为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号.
解析
(1)图象中电流0~0.14A,电流表选A2;电源电压6V,但图象只要求电压在0~3V之间调整,为了测量准确,电压表选V1;由于绘制图象的需要,要求电压在0~3V之间调整,所以滑动变阻器只能采用分压式接法,为了便于调节电压,滑动变阻器应选用阻值较小的R1.
(2)该元件约几十欧,
>
,电压表的分流作用可以忽略,所以采用电流表外接法;实验数据的采集要求从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法.
答案
(1)A2 V1 R1
(2)如图所示
考查图象描绘(数据处理)及分析
【例2】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中,某同学测得电流-电压的数据如下表所示:
电流I/mA
2.7
5.4
12.4
19.5
27.8
36.4
47.1
56.1
69.6
81.7
93.2
电压U/V
0.04
0.08
0.21
0.54
1.30
2.20
3.52
4.77
6.90
9.12
11.46
(1)用表中数据描绘电压随电流的变化曲线;
(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系,已作出电阻随电流的变化曲线如图7-4-2所示,请指出灯丝的特征,并解释形成的原因.
图7-4-2
答案
(1)用表中数据描绘电压随电流的变化曲线,如图所示
(2)电阻随电流增大存在三个区间,电阻的变化快慢不同,第一区间电流很小时,电阻变化不大;第二区间灯丝温度升高很快,电阻增大得快;第三区间部分电能转化为光能,灯丝温度升高变慢,电阻增大也变慢.
【例3】(2011·山东卷,23
(2))某同学利用图7-4-3甲所示电路,探究了电源在不同负载下的输出功率.
①所得实验数据如下表,请在给出的直角坐标系(图7-4-3乙)上画出UI图象.
U/V
1.96
1.86
1.80
1.84
1.64
1.56
I/A
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
甲
乙
图7-4-3
②根据所画UI图象,可求得电流I=0.20A时电源的输出功率为________W.(保留两位有效数字)
③实验完成后,该同学对实验方案进行了反思,认为按图7-4-3甲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7-4-4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7-4-4
解析 ①U-I图象如图所示.
②通过图象可得I=0.2A时U=1.84V
故P=UI≈0.37W
③为了测电源输出功率,电压表必须测出路端电压,d错误;a项中并联Rx不起作用,a错误;故选b、c.
答案 ①见解析 ②0.37 ③b、c
图7-4-5
1.(2012·深圳调研)有一个额定电压为2.8V,功率约为0.8W的小灯泡,现要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线,有下列器材供选用:
A.电压表(0~3V,内阻6kΩ)
B.电压表(0~15V,内阻30kΩ)
C.电流表(0~3A,内阻0.1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻0.5Ω)
E.滑动变阻器(10Ω,5A)
F.滑动变阻器(200Ω,0.5A)
G.蓄电池(电动势6V,内阻不计)
(1)用如图7-4-5所示的电路进行测量,电压表应选用________,电流表应选用________.滑动变阻器应选用________.(用序号字母表示)
(2)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图7-4-6所示.由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω.
图7-4-6
(3)若将此灯泡与电动势6V、内阻不计的电源相连,要使灯泡正常发光,需串联一个阻值为________Ω的电阻.
解析 小灯泡的额定电压为2.8V,故电压表选用(0~3V);功率约为0.8W,故小灯泡的电流约为0.3A,电流表选取(0~0.6A);滑动变阻器一般选择小的便于调节.根据图表的横坐标电压2.8V对应的纵坐标电流为0.28A,根据欧姆定律得电阻为10Ω;当与6V电源相连时,根据欧姆定律可得需串联11Ω电阻.
答案
(1)A D E
(2)10 (3)11
2.(2011·福建卷,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10VB.直流电流5mA
C.欧姆×100D.欧姆×1
图7-4-7
②该同学采用图7-4-7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,○V为电压表(量程6V,电阻20kΩ),○A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.
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7-4-7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____点至____3____点”的导线)
图7-4-8
Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图7-4-8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”)
解析 ①因小电珠正常发光时的电阻R=
=
Ω=12Ω,小电珠未接入电路的电阻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.
②Ⅰ.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.
Ⅱ.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.
Ⅲ.在IU图象中的每一点与O点的连线的斜率逐渐减小,即电阻的倒数减小,所以电阻增大.
答案 ①D ②Ⅰ.左 Ⅱ.1 5(或5 1) Ⅲ.增大
3.一个标有“3.8V、0.3A”字样的小灯泡,其灯丝的电阻会随温度的升高而变化,一探究性学习小组在实验室研究这一问题,现实验室备有以下实验器材:
器材名称
代号
参 数
电池组
E
电动势9V,内阻0.5Ω
电压表
V1
量程0~5V,内阻2.0kΩ
电压表
V2
量程0~15V,内阻3.0kΩ
电流表
A1
量程0~0.3A,内阻2.0Ω
电流表
A2
量程0~6A,内阻0.4Ω
滑动变阻器
R1
0~10Ω,额定电流2A
滑动变阻器
R2
0~100Ω,额定电流0.5A
固定电阻
R0
5Ω,额定电流5A
开关
S
一个
导线
M
若干
实验时要求测量范围尽可能大,且要求灯泡上的电压从0开始调节,测量结果尽可能准确.
(1)现在有图7-4-9所示的a、b、c、d四个电路,其中可选用的电路有________.
图7-4-9
(2)在实验中,应当选用的实验器材有电压表________,电流表________,滑动变阻器________.(填器材名称代号)
图7-4-10
(3)该小组某同学通过实验描绘出小灯泡的I-U图线,如图7-4-10所示,试根据图线中给出的数据,求出小灯泡在工作点A和B的电阻值分别为________、________.
解析
(1)要求灯泡上的电压从0开始调节,因此滑动变阻器要用分压式接法,a、b图错误,c图中滑动变阻器上串联保护电阻,因此,灯泡上的电压也不能从0开始连续调节,所以应选d图.
(2)选取电表时,电表的量程要稍大于被测元件的最大值,因为灯泡标有“3.8V、0.3A”,因此,电压表选择V1;电流表选择A1;滑动变阻器为分压式接法,应选总阻值较小的滑动变阻器R1.
(3)根据R=
得A点电阻为6.3Ω(结果为5.9~6.5Ω都对);B点电阻为10Ω.
答案
(1)d图
(2)V1 A1 R1 (3)6.3Ω 10Ω
4.(2011·广东卷,34
(2))在“描绘小电珠的伏安特曲线”实验中,所用器材有:
小电珠(2.5V,0.6W),滑动变阻器,多用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干.
(1)粗测小电珠的电阻,应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”、“×10”或“×100”);调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图7-4-11甲所示,结果为________Ω.
丙
图7-4-11
(2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图7-4-11乙完成实物图7-4-11丙中的连线.
(3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于________端,为使小电珠亮度增加,P应由中点向________端滑动.
(4)下表为电压等间隔变化测得的数据,为了获得更准确的实验图象,必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”).
数据点
a
b
c
d
e
f
U/V
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
解析
(1)小电珠(2.5V,0.6W)对应电阻为
Ω=10.4Ω,电阻十几欧,所以选“×1挡”.
(2)电流表的电阻只有几欧,与电压表几千欧相比,小电珠的电阻算小电阻,所以电流表必须外接,伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大,
所以滑动变阻器必须与电源采用分压接法.(3)从a端开始,电压为零,向b端移动,对小电珠所加电压逐渐变大.(4)ab之间电流增加了0.122A,其他段电流增加了0.03A左右.所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A,分别测出相应的电压值.
答案
(1)×1 7.5
(2)见解析 (3)a b (4)ab
5.用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路,微安表μA(量程200μA,内阻约200Ω);电压表V(量程3V,内阻约10kΩ);电阻R0(阻值约20kΩ);
滑动变阻器R(最大阻值50Ω,额定电流1A);
电源E(电动势3V,内阻不计);
开关S及导线若干.
①请将图7-4-12甲方框内的实验原理图补充完整;
②根据实验原理图,将图7-4-12乙中的实物图连线补充完整.
图7-4-12
解析 描绘伏安特性曲线的滑动变阻器应采用分压式接法,待测电阻为大电阻,微安表需要采用内接法.
答案 ①如图甲所示 ②如图乙所示
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- 高考 物理 一轮 复习 讲义 实验 描绘 电珠 伏安 特性 曲线