1、第八单元恒定电流实验9测绘小电珠的伏安特性曲线实验目的1.测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)值后,在I-U坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。实验器材小电珠、4 V6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干。实验步骤1.适当选择电流表、电压表的量程,采用电流表的外接法,按图示的电路原理图连接好实验电路。2.滑动变阻器采用分压式接法,闭合开关S前,把滑动变阻器的滑片调至滑动变阻器的A端,电路经检查无误后,闭合开关S。3
2、.改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表和电压表的示数I和U,记录数据并填入表格内,断开开关S。4.在坐标纸上建立一个直角坐标系,作出I-U曲线,用平滑的曲线将各数据点连接起来,便得到伏安特性曲线。5.拆实验线路,整理好实验器材。数据处理1.在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴,建立坐标系。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,以使所描绘的图线占据整个坐标纸为宜)3.将描绘的点用平滑的曲线连接起来,连接时,要使绝大多数点分布在图线上,不在图线上的点要均匀分布在图线的两侧,离图线较远的点应舍去。1.(2019山东烟台阶段考试)有一个小电珠上标有“4 V2 W”的
3、字样,现在要用伏安法测绘这个电珠的I-U图线。有下列器材供选用:A.电压表(05 V,内阻为10 k)B.电压表(010 V,内阻为20 k)C.电流表(00.3 A,内阻为1 )D.电流表(00.6 A,内阻为0.4 )E.滑动变阻器(5 ,1 A)F.滑动变阻器(500 ,0.2 A)(1)实验中电压表应选用,电流表应选用。(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用。(用序号字母表示)(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图,并把图甲所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。甲解析(1)因小电珠的额定电压为4V,为保证安全,选用的
4、电压表量程应稍大于4V,但不能大太多,量程太大则示数不准确,故选用量程为05V的电压表;由P=UI得,小电珠的额定电流I=0.5A,故应选择量程为00.6A的电流表。(2)由题意可知,电压从零开始变化,并要求多测几组数据,只能采用滑动变阻器分压式接法,而分压式接法中应选总阻值小的滑动变阻器,故选E。(3)小电珠内阻R=8,电压表内阻远大于小电珠内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图如图乙所示。乙答案(1)AD(2)E(3)如图乙所示2.(2018全国卷,23)某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻R
5、T,其标称值(25 时的阻值)为900.0 ;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 ),滑动变阻器R1(最大阻值为 1000 );电阻箱R2(阻值范围0999.9 );单刀开关S1,单刀双掷开关S2。实验时,先按图甲连接好电路,再将温控室的温度t升至 80.0 。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 。实验得到的R2-t
6、数据见下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到(选填“a”或“b”)端。(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线。(3)由图乙可得到RT在25 80 范围内的温度特性。当t=44.0 时,可得RT=。(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为,则手心温度为。解析(1)为了电路的安全,闭合S1前滑动变阻器接入电路的阻值需最大,滑片滑到b端。(2)根据表格中的数据描点连线,可得R2-t曲线如图
7、丁所示。(3)当温度为44时,根据图象读出RT=450。(4)根据电阻箱的读数原理可知R2=620.0,结合图象可得该电阻对应的温度为33.0。答案(1)b(2)如图丁所示丁(3)450(4)620.033.0一教材原型实验实验室中的小电珠的阻值通常比较小,为了较为准确测量小电珠工作时的电流值和电压值,测量电路一般采用电流表外接法。本实验要求小电珠的工作状态尽量宽广,控制电路总是把滑动变阻器接成分压方式。例1小华和小明在“测绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,将实验数据记录在下表中:电压U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50电流I/A0.000.140.24
8、0.260.370.400.430.450.46(1)实验室有两种滑动变阻器供选择:A.滑动变阻器(阻值范围010 ,额定电流为3 A)B.滑动变阻器(阻值范围02000 ,额定电流为1 A)实验中选择的滑动变阻器是。(2)在图甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。(3)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至(选填“左”或“右”)端。(4)利用表中数据,在图乙中画出小灯泡的U-I图线。甲乙(5)他们在U-I图象上找到小灯泡工作电压为2.0 V时的坐标点,计算此状态小灯泡的电阻,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值;小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值。你认为(选填“小华”或
9、“小明”)的方法正确。解析(1)由于灯泡的电阻为几欧,为了便于测量,滑动变阻器应选择阻值范围是010的。(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测,则滑动变阻器采用分压式接法;由于小灯泡的电阻较小,电流表采用外接法。实物连线图如图丙所示。丙(3)为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应滑至最左端。(4)小灯泡的U-I图线如图丁所示。丁 (5)根据欧姆定律知,R=,电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率,故小华的方法正确。答案(1)A(2)如图丙所示(3)左(4)如图丁所示(5)小华二实验数据处理和误差分析(1)电表量程选择的原则是:在保证测量值不超过量程的情况下,指针偏转角度越大,测量值的精确
10、度通常越高。(2)滑动变阻器滑片的初始位置:电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑片的位置,通常在开始实验时,应通过调节滑动变阻器的滑片位置,使小灯泡两端的电压或流经小灯泡的电流最小。(3)测绘小电珠的伏安特性曲线出现实验误差的原因:测量电路存在系统误差。因为实验采用的是电流表外接法,未考虑电压表的分流作用,所以测得的I值比真实值偏大。电表读数不准确和描绘I-U图线时作图不准确造成的偶然误差。例2某物理实验小组用下列器材进行实验,测绘一种特殊元件的伏安特性曲线,所测数据记录在表格中。器材有:A.待测元件RxB.电流表(量程为050 mA,内阻约为200 )C.电压表(量程为03 V,内阻约为1
11、0 k)D.电压表(量程为06 V,内阻约为15 k)E.滑动变阻器R1(阻值范围为020 ,额定电流为2 A)F.滑动变阻器R2(阻值范围为0200 ,额定电流为0.2 A)G.学生电源(直流4 V)H.开关及导线若干序号12345678910U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.24.26.711.919.023.830.037.1(1)为了调节方便,尽可能准确测量,电压表应选,滑动变阻器应选。(填器材前的字母序号)(2)在图甲虚线框内画出实验电路图。(3)在图乙坐标纸上用描点法画出元件的伏安特性(I-U)曲线。解析(1)由表格中的数据可知,测量
12、的最大电压是3V,所以选择的电压表是量程为3V的;因为测量过程中的电压是从0开始,所以实验使用滑动变阻器的分压式接法,要选择电阻值比较小的R1。(2)当U=3.0V,I=37.1mA,此时待测元件的电阻值约为Rx=81RA,即待测元件的电阻值小于电流表的电阻值,所以测量电路需要使用电流表外接法。因为测量过程中的电压是从0开始的,所以实验使用滑动变阻器的分压式接法。实验的原理图如图丙所示。(3)将表格中的数据先在图中描点,然后用平滑的曲线连接,如图丁所示。答案(1)CE(2)如图丙所示(3)如图丁所示三实验电路的设计例3某物理学习小组的同学在研究性学习过程中,用伏安法研究某电子元件R1(6 V2
13、.5 W)的伏安特性曲线,要求多次测量并尽可能减小实验误差,备有下列器材:A.直流电源(电动势为6 V,内阻不计)B.电流表(满偏电流为3 mA,内阻为10 )C.电流表(量程为00.6 A,内阻未知)D.滑动变阻器R(阻值范围为020 ,额定电流为5 A)E.滑动变阻器R(阻值范围为0200 ,额定电流为1 A)F.定值电阻R0(阻值为1990 )G.开关与导线若干(1)根据题目提供的实验器材,请你设计测量电子元件R1伏安特性曲线的电路原理图(R1可用“”表示)(请画在图甲方框内)。(2)在实验中,为了操作方便且能够准确地进行测量,滑动变阻器应选用(填写器材前面的字母序号)。(3)将上述电子
14、元件R1和另一个电子元件R2接入图乙所示的电路中,它们的伏安特性曲线分别如图丙中Oa、Ob所示,电源的电动势E=7.0 V,内阻忽略不计,调节滑动变阻器R3,使电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,则此时电子元件R1的阻值为,R3接入电路的阻值为(结果保留2位有效数字)。解析(1)测绘伏安特性曲线,电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;由题意可知,没有电压表,需要用已知内阻的电流表与定值电阻R0串联充当电压表,电压表内阻为10+1990=2000,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,电路图如图丁所示。丁(2)滑动变阻器采用分压式接法,所以应选择总阻值较小的滑动变阻器D
15、,便于调节。(3)电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,说明它们的电压和电流相等,由图丙可知,此时电阻两端的电压U=2.5V,电流I=0.25A,根据欧姆定律得R1=10,根据串联电路特点可知,此时流过R3的电流I=I=0.25A,R3两端的电压U=E-2U=2V,R3接入电路的阻值R3=8.0。答案(1)如图丁所示(2)D(3)108.0四测量电气元件的功率因电气元件的功率P=UI,要测量电气元件的功率,也是要先测量其工作过程中的电流和电压,再做相关的计算处理。例4某同学想通过以下实验测量一小灯泡的额定功率,他所用器材如下:A.待测小灯泡一只:额定电压为2.5 V,电阻为几欧B.电压表一只
16、:量程为03 V,内阻约为3 kC.电流表一只:量程为00.6 A,内阻约为0.1 D.滑动变阻器一只,干电池两节,开关一个,导线若干(1)请在甲图中补全测量小灯泡额定功率的电路图。甲乙(2)图甲中开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应置于(选填“A端”“B端”或“A、B正中间”)。(3)该同学通过实验作出了小灯泡的伏安特性曲线,如图乙所示,则小灯泡的额定功率为W(结果保留2位有效数字)。(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表,该同学测出小灯泡的功率(选填“大于”“等于”或“小于”)小灯泡的实际消耗功率,引起误差的原因是。解析(1)灯泡的电阻为几欧,远小于电压表的内阻,属于小电阻,电流表
17、采用外接法,电路图如图丙所示。丙(2)图甲中开关S闭合之前,滑动变阻器的滑片应置于B端,使得闭合开关后,测量电路部分处于短路状态,电压表、电流表示数为0,起保护作用。(3)当U=2.5V时,电流I=0.44A,所以小灯泡的额定功率P=UI=1.1W。(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表,则两表自身也要消耗功率,所以该同学测出小灯泡的功率大于灯泡的实际消耗功率;由于电流表采用外接法,电压表有分流作用,使电流表测得电流大于灯泡实际流过的电流。答案(1)如图丙所示(2)B端(3)1.1(4)大于电压表分流,电流表测得的电流大于灯泡的实际电流1.(2018南京师大附中高三模拟)某同学利用
18、图示的电路测绘小灯泡的伏安特性曲线。在实验中,他将滑动变阻器的滑片从左端匀速滑向右端,发现电流表的指针始终在小角度偏转,而电压表的示数开始时变化很小,但当滑片接近右端时电压表的示数迅速变大。为了便于操作并减小误差,你认为应采取的措施是()。A.换用最大阻值更大的滑动变阻器,将导线a的M端移到电流表“3”接线柱上B.换用最大阻值更大的滑动变阻器,将导线b的N端移到电流表“0.6”接线柱上C.换用最大阻值更小的滑动变阻器,将导线a的M端移到电流表“3”接线柱上D.换用最大阻值更小的滑动变阻器,将导线b的N端移到电流表“0.6”接线柱上解析由图示电路可知,电流表选择3A量程,将滑动变阻器的滑片从左端
19、匀速滑向右端,发现电流表的指针始终在小角度偏转,说明电流表所选量程太大,应选择0.6A量程,应把导线b的N端移到电流表的“0.6”接线柱上;从左向右移动滑片时,电压表的示数开始时变化很小,当滑片接近右端时电压表的示数迅速变大,说明所选择的滑动变阻器最大阻值太大,为方便实验操作,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,A、B、C三项错误,D项正确。答案D2.(2018宁夏银川高中高三模拟)为测绘小电珠L的伏安特性曲线,连好如图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()。解析由于小电珠灯丝的电
20、阻随温度的升高而增大,随着小电珠两端电压逐渐增大,灯丝温度逐渐升高,其电阻逐渐增大,则在U-I图象中斜率应逐渐增大,C项正确。答案C3.(2018福建厦门第一中学质检)在测绘小电珠的伏安特性曲线实验中,一组同学用量程为3 V的电压表测量小电珠的电压,用多用电表的250 mA挡测量通过小电珠的电流。乙(1)在图甲电路中,需要将多用电表的两表笔连接到a、b两处,其中黑表笔应与(选填“a”或“b”)连接。(2)将得到的数据记录在表格中,当电源为1.50 V时,对应的多用电表指针指示如图乙所示,其示数为mA。(3)根据表格中的其他数据,在坐标图丙上作出I-U曲线。电压U/V00.501.001.502
21、.002.50电流I/mA0115154188200丙(4)由I-U曲线可以看出,随电压的增大,小电珠的电阻。解析(1)多用电表充当电流表时,应保证电流红进黑出;根据电路图甲可知,黑表笔应接b处。(2)由题图乙可知,电流表量程为250mA,则最小分度为5mA;则读数为174mA。(3)根据表中数据利用描点法可得出对应的伏安特性曲线,如图丁所示。丁(4)I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数,由图丁可知,电阻随着电压的增大而增大。答案(1)b(2)174(3)如图丁所示(4)增大4.(2018河北石家庄10月模拟)为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值,某同学设计了如图甲所示的电路,其中是内阻不计、
22、量程为03 mA的电流表,E1是电动势为1.5 V、内阻约为1 的电源,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,S为单刀双掷开关。甲(1)实验室中提供的滑动变阻器有两个:RA(阻值范围为0150 ),RB(阻值范围为0500 ),本实验中滑动变阻器R1应选用(选填“RA”或“RB”)。(2)完成下面的实验步骤:调节温度,使Rt的温度达到t1。将S拨向接点1,调节,使电流表的指针偏转到适当位置,记下此时电流表的读数I。将S拨向接点2,调节,使电流表的读数仍为I,记下此时电阻箱的读数R0,则当温度为t1时,电阻Rt=。改变Rt的温度,重复步骤,即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律。(3)现测得电阻Rt随
23、温度t变化的图象如图乙所示。把该电阻与电动势为3.0 V、内阻不计的电源E2,量程为3.0 V的理想电压表(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路,用该电阻做测温探头,将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“电阻温度计”。若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大,则应在原理图丙中(选填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表。如果电阻箱阻值R2=75 ,则电压表刻度盘2.0 V处对应的温度数值为。解析(1)由电源的电动势为1.5V,电流表量程为3mA可知,达到满偏时,电路总电阻约为500,故滑动变阻器选择RB。(2)实验中选用替代法测量电阻,第二步中,先将S拨向接点1,调
24、节滑动变阻器R1,记录电流表读数I;然后将S拨向接点2,调节电阻箱R2,使电流表读数仍为I,此时电阻箱的读数等于待测电阻的阻值,即Rt=R0。(3)由于电阻Rt随温度升高而增大,由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大,所以电压表与之并联,即电压表接在b、c两点。根据题图乙中图象可得Rt=(100+t),由串联分压规律可得电压表示数为2.0V时,Rt=150,解得t=50。答案(1)RB(2)R1R2R0(3)b、c505.(2018北京海淀区高三检测)某课外活动小组为较准确地测定某小灯泡的额定功率,实验室提供了下列器材:A.待测小灯泡:额定电压为6 V,额定功率约为5 WB.电流表:量程为01
25、.0 A,内阻约为1.5 C.电流表:量程为03.0 A,内阻约为0.5 D.电压表:量程为03.0 V,内阻为5 kE.滑动变阻器R:最大阻值为5 ,额定电流为2 AF.电源:电动势为8 V,内阻很小G.定值电阻R1:阻值为10 kH.定值电阻R2:阻值为50 k开关一个,导线若干。回答下列问题:(1)实验中,电流表应采用(选填“”或“”)。(2)实验中,定值电阻应采用(选填“R1”或“R2”)。(3)在图甲的方框中将实验电路图补充完整。甲(4)实验中,电压表的示数为V时,即可测定小灯泡的额定功率。解析(1)灯泡的额定电流I=0.833A,所以电流表应选。(2)较准确地测量小灯泡的额定功率,
26、则其电压要达到6V,而所给的电压表的量程只有3V,则要扩大量程,如果选用R2,改装后的电压表量程为33V,量程过大,若选用R1,改装后的电压表的量程为9V,所以定值电阻应选R1。乙(3)滑动变阻器R的最大最阻值为5,而灯泡的电阻约为R=7.2,滑动变阻器选择分压式接法。电流表的内阻约为1.5,电压表的内阻为5k,则测量部分要用电流表外接法。电路如图乙所示。(4)要测定小灯泡的额定功率,即灯泡两端的电压为6V时,根据串联电路电压分配与电阻成正比,可知,电压表的示数为2V。答案(1)(2)R1(3)如图乙所示(4)26.(2018四川凉山高三检测)某实验小组要探究一小灯泡的伏安特性曲线,并研究小灯
27、泡在不同电压下的实际功率,实验电路如图甲所示。(1)实验闭合开关前,滑动变阻器的滑动P应在(选填“a”或“b”)端。(2)实验中闭合开关,在把滑片P向一端移动的过程中,发现电流表与电压表均有明显示数且示数几乎不变,则电路中出现故障的元件可能是(选填“A”或“B”)。A.小灯泡B.滑动变阻器(3)该小组根据实验数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示,可判定在图乙中小灯泡的功率P与加在两端电压的平方U2的图象正确的是(选填“1”“2”或“3”)。(4)某同学将两个完全相同的这种小灯泡并联接在电源两端,已知电源的电动势E=3 V、内阻r=2 ,则此时每个小灯泡的实际功率为 W(结果保留2位有效数字
28、)。解析(1)此电路是分压电路,滑动变阻器的aP部分与小灯泡并联,开始时应使小灯泡两端电压最小,故滑片应置于a端。(2)电流表与电压表均有明显示数,说明灯泡所在电路正常,滑动中示数几乎不变,说明滑动变阻器没有起到应有的作用,故可能存在故障的是滑动变阻器。(3)由小灯泡的伏安特性曲线可看出,小灯泡的电阻逐渐增大,由P=知,P-U2图线的斜率应逐渐减小,故图线3正确。(4)灯泡两端的电压为U,流过每个灯泡的电流为I,则E=U+2Ir,得U=3-4I,画出电源的U-I图线如图丁所示,交点坐标U=2.20V,I=0.20A,所以小灯泡消耗的电功率P=UI=0.44W。丁答案(1)a(2)B(3)3(4
29、)0.447.(2018湖北武汉阶段检测)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,使用的小灯泡标有“6 V3 W”的字样,其他可供选择的器材有:A.电压表(量程为06 V,内阻约20 k)B.电压表(量程为020 V,内阻约60 k)C.电流表(量程为03 A,内阻约0.2 )D.电流表(量程为00.6 A,内阻约1 )E.滑动变阻器R1(阻值范围为0100 ,额定电流为0.5 A)F.滑动变阻器R2(阻值范围为020 ,额定电流为2 A)G.学生电源E(电动势为6 V8 V)H.开关S及导线若干(1)实验中电压表选用,电流表选用,滑动变阻器选用。(均填写仪器前面的字母)(2)设计实验电路时电
30、流表应(选填“内接”或“外接”)。通过实验测得小灯泡两端的电压U和通过它的电流I,绘成U-I关系曲线如图甲所示。根据小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的电阻值随工作电压的增大而(选填“不变”“增大”或“减小”)。甲(3)若将该小灯泡与一个15 的定值电阻串联,接在电动势为6 V、内阻不计的电源两端,则小灯泡实际消耗的功率为W。(结果保留2位有效数字)解析(1)灯泡额定电压为6V,电压表选择A;由题图可知,最大电流为0.5A,电流表选择D;为方便实验操作,滑动变阻器应选择F。(2)因灯泡电阻较小,故在设计实验电路时电流表应外接。根据小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的电阻随工作电压的增大而增大。(3)画出定值电阻的U-I图象如图乙所示,当灯泡和定值电阻两端的电压之和为6V时,可读出通过灯泡及电阻的电流约为0.27A,灯泡两端的电压约为1.7V,电阻两端的电压约为4.3V,可知灯泡的实际功率P=IU0.46W。乙答案(1)ADF(2)外接增大(3)0.46(0.450.54均可)