1、实验七 描绘小电珠的伏安特性曲线基础自主梳理 一、实验目的1.描绘小电珠的伏安特性曲线.2.定性了解温度对金属电阻率的影响.二、实验原理1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U,I)值,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结起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.2.小灯泡(3.8V,0.3 A)的电阻较小,当它与电流表 00.6 A 串联时,电流表的分压影响很大,故为准确测出小灯泡的伏安特性曲线,即 U、I 的值,电流表应采用外接法,为使小灯泡上的电压能从 0 开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式接法.三、实验器材小灯泡(3.8V,0.3
2、 A)一只,电压表(0315 V)、电流表(00.6 A)各一只,滑动变阻器(20)一只,学生低压直流电源(或电池组)、电键一只、导线若干、坐标纸、铅笔.基础自主梳理 四、主要实验步骤1.按照如图所示的电路图连接电路2.测出小灯泡在不同电压下的电流(1)闭合电键 S 前,滑动变阻器触头应移到最左端(使小灯泡电压从 0 开始变化,这样做也可防止电键刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝).(2)移动滑动变阻器触头的位置,测出 12 组左右不同的电压 U 和电流 I,并将测量值数据填入表格.U(V)0.40.81.01.21.41.61.82.22.63.03.43.8I(A)基础自主梳理 I U
3、图线在 U=1.0V 左右将发生明显弯曲,故在 U=1.0V 左右测绘点要密,否则将出现很大误差.3.画出伏安特性曲线(1)在坐标纸上以 U 为横轴,以 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,使所描图线充分合理地分布在坐标纸上)(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.4.拆除电路、整理仪器.基础自主梳理 五、数据处理实验中,在调节滑动变阻器的触头位置改变小灯泡两端电压时,尽量使小灯泡的电压变换有规律,然后再对应地读取电流.要根据所取的电压、电流最大值,选取适当的横、纵坐标分度,描点画图,这样可以使所取的点在坐标
4、平面内分布的尽量大而且点子分布疏密程度均匀一些.六、误差分析1.系统误差:未考虑电压表的分流作用,造成电流表的读数比小灯泡中的真实电流偏大.2.偶然误差:读数或作图不准确会产生偶然误差.基础自主梳理 七、注意事项1.实验前应先检查电流表、电压表是否指零(不指零时调整定位螺丝使指针指零).2.为了保护元件不被损坏,连接电路时电键应断开,连好电路后,闭合电键前滑动变阻器的触头应在图中的 A 端.实验中,触头向 B 端移动时要注意不要让加在小灯泡两端的电压超过小灯泡的额定电压.3.在电压接近小灯泡额定电压值时,一定要慢慢移动触头位置.当电压指在额定电压处时,测出 I 值后,要马上断开电键.4.在坐标
5、纸上建立坐标系,横、纵坐标所取的标度比例要适当,尽量使测量数据对应的图线占满整个坐标纸.要用平滑曲线连接各点,切不可连成折线.精典考题例析 例1 (2015广东卷)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 k)、电流表(内阻约为1)、定值电阻等.精典考题例析 使用多用电表粗测元件X的电阻.选择“1”欧姆挡测量，示数如图(a)所示，读数为，据此应选择上图中的(填“b”或“c”)电路进行实验.连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验.精典考题例析 上图(
6、d)是根据实验数据作出的U-I图线，由图可判断元件(填“X”或“Y”)是非线性元件.该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21 的定值电阻，测量侍测电池的电动势E和内阻r,电阻如图(e)所示.闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V；断开S2读数为1.00 V，利用图(d)可算得E=V,r=(结果均保留两位有效数学，视电压表为理想电压表).解析：由(a)图可知，多用电表的读数为10，由于元件的电阻较小，电路图应选用电流表外接法，即选择(b)；当滑动变阻器的滑片向右移时，滑动变阻器输出的电压增大，电流表的示数增大；由于Y元件的UI图线是曲线，因此Y是非线性元件；设线性元件的电阻为R，由UI图线
7、可知R=3 V0.3 A=10，则S1、S2均闭合时E=310(10+r)，S1闭合S2断开时E=110(10+21+r)，解得E=3.15 V，r=0.5.答案：10b增大Y3.20.50感悟提升：高考越来越重视对实验的操作和实验中故障的排除的考查，旨在引导考生重视动手能力的培养，撇弃死记硬背的错误学习方法.精典考题例析 1.(2015浙江卷)图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图.(1)根据图1画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V.所示读数为：、.两组数据得到的电阻分别为和.解
8、析：由实物图可知，电流表接的是0.6 A的量程，电压表接的是3 V的量程，因此的读数为0.02 A5=0.10 A；的读数为0.02 A12=0.24 A，的读数为0.1 V20.0=2.00 V,的读数为0.12.7=0.27 V.两组数据得到的电阻R1=U1I1=8.33,R2=U2I2=2.7.答案：(1)(2)0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.27 V (8.30.1)和(2.70.1)，如填为(2.70.1)和(8.30.1)也行.精典考题例析 例2(2015福建卷)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接.实验要求滑动变
9、阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；精典考题例析 某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为A；该小组描绘的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为W(保留两位小数).解析：实验要使滑片移动过程中电流表示数能从零开始增大，则电路为分压电路；电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，指针所指的示数为0.02 A22=0.44 A;要使并联后小电珠的功率最大，并联后小电珠的总电阻为1，
10、路端电压为1.5 V，当路端电压为1.5 V时，由图像可知，电珠的电阻为R4.05，因此需要4个相同的电珠并联，并联后的外电阻为1.电珠的总功率约为PU2R外=2.25 W.精典考题例析 答案：连线如图0.444 2.222.28精典考题例析 2.(2013江苏卷)为探究小灯泡的电功率 P 和电压 U 的关系,小明测量小灯泡的电压 U 和电流 I,利用 P=UI 得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8 W”,电源为 12V 的电池,滑动变阻器的最大阻值为 10.(1)准备使用的实物电路如图甲所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置.(用笔画线代替导线)甲精典考题例析(2)现有 10
11、、20 和 50 的定值电阻,电路中的电阻 R1应选 的定值电阻.(3)测量结束后,应先断开开关,拆除 两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材.(4)小明处理数据后将 P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图乙所示.请指出图象中不恰当的地方.乙精典考题例析 解析:(1)连线如图所示.(2)小灯泡电阻大约为 5,当滑动变阻器阻值最大时,小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为 3.3,则 12 V-3 V=3V3.3R1,解得 R1=9.9,所以 R1应取 10 的定值电阻.(3)实验结束,断开开关,拆除电池两端导线,以防电源短路.(4)在坐标纸上描出的点并不是在一条直线上,图线应为曲线;横
12、坐标的标度值取得太大,应适当减小.答案:(1)见解析图(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当速效提升训练 1.(2016苏州市二模)如图甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表.某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率.改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线.回答下列问题：(1)滑动触头向下移动时，电压表示数(填“增大”或“减小”).(2)I0A.(3)RL消耗的最大功率为W(保留一位有效数字).解析：(1)将滑动触头向下移动时，滑动变阻器连入电路的阻值减小，使电路的电阻减小，所以
13、电压表示数减小：(2)当滑动触头滑到最低端时，电阻为零，电压表的示数为零，电流表的示数为恒定电流I0，由图线可读得I0=1.0 A;(3)由图线可知U-20I+20，滑动变阻器消耗的功率P=UI=-20I2+20I，由二次函数知，当I=0.5 A时，功率有最大值，此时U=10 V，所以P=5 W.答案：(1)减小(2)1.0(0.98、0.99、1.01均正确)(3)52.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5 V0.6 W)，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”
14、)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲，结果为.速效提升训练(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线.(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)如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”).解析：(1)因为小电珠的电阻比较小，故应该选“1”倍率，由题图读得电阻为7.5(2)因为小电珠的电阻比较小，故伏安法测量时应该用电流表外接法，测量的电压应该从零开始，故滑动变阻器要用分压式接法，实物连接如图所示速效提
15、升训练(3)开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加,应使滑片从中点向b端滑动(4)ab之间电流增加了0.122 A，其他段电流依次增加了0.03 A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030 A、0.060 A、0.090 A，分别测出相应的电压值.答案：(1)17.5 (2)见规范解答图(3)Ab (4)ab速效提升训练 3.某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值.(1)将电阻箱接入a、b之间，闭合开关，适当调节滑动变阻器R后保持其阻值不变.改变电阻箱的阻值R，得到几组电压表的示数U与R的数据如表：速效提升训练 根据实验数据作出U-R关系图象.(2)用待测电阻Rx替换电阻箱
16、，读得电压表示数为2.00 V.利用(1)中测绘的U-R图象可得Rx=.解析：(1)先以实验得到的每一组(R，U)数据描点，然后用平滑的曲线连接以上描点，得到U-R图线如下：(2)对照U-R图线，找到图线上U=2.00 V点，读出其对应的Rx=20(1921 也可以)答案：(1)见规范解答(2)20速效提升训练 4.2013天津卷，节选要测绘一个标有“3V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3V,并便于操作.已选用的器材有:电池组(电动势为 4.5V,内阻约 1);电流表(量程为 0250mA,内阻约 5);电压表(量程为 03V,内阻约 3k);开关一个、导
17、线若干.(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号).A.滑动变阻器(最大阻值 20,额定电流 1A)B.滑动变阻器(最大阻值 1750,额定电流 0.3A)速效提升训练(2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号).速效提升训练(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5V,内阻为 5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W.速效提升训练 解析:(1)由R=2=(3V)20.6W=15知小灯泡的电阻为15,为调节方便,应选最大阻值为 20 的滑动变阻器,即选 A.(2)因实验要求小灯泡两端电压从零逐渐增大,所以应采用分压电路,又小灯泡电阻远小于电压
18、表内阻,所以电流表应采用外接法,B 项正确.(3)将灯泡接到电源上时,作出电源的 I U 图象如图所示,读得两图线的交点坐标 U=1.0V、I=0.1A,即为此时灯泡两端的电压及通过灯泡的电流,则小灯泡消耗的功率 P=UI=1.0V0.1A=0.1 W.答案:(1)A(2)B(3)0.1速效提升训练 5.某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:小灯泡 L,规格“4.0 V 0.7 A”;电流表 A1,量程 3 A,内阻约为 0.1;电流表 A2,量程 0.6 A,内阻 r2=0.2;电压表 V,量程 3 V,内阻 rV=9 k;标准电阻 R1,阻值 1;标准电阻
19、R2,阻值 3 k;滑动变阻器 R,阻值范围 010;学生电源 E,电动势 6 V,内阻不计;开关 S 及导线若干.速效提升训练(1)甲同学设计了如图 1 所示的电路来进行测量,当通过 L 的电流为 0.46 A时,电压表的示数如图 2 所示,此时 L 的电阻为 .图 1图 2(2)乙同学又设计了如图 3 所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在 L 上的电压值是 V.速效提升训练(3)学习小组认为要想更准确地描绘出 L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图 4 所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.图 3图 4速效提升训练
20、 解析:(1)电压表示数为 U=2.30 V,电阻为 R=5.(2)由部分电路欧姆定律和串、并联知识,加在 L 上的电压值为U=(3+391033103)V=4 V.(3)图 3 中电流表选用 A1,量程过大,读数不准确,由于小灯泡的额定电流为 0.7 A,通过电流表 A2与标准电阻 R1并联,作为电流表.答图 1 为电流表外接法,答图 2 为电流表外接法.答案:(1)5(2)4(3)答图 1答图 2速效提升训练 6.某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线.他们在实验中测得电器元件 Z 两端的电压与通过它的电流的数据如下表:U/V0.000.200.501.001.502.002.5
21、0I/A0.000.100.200.300.360.380.40现备有下列器材A.低压直流电源:电压 6 V,内阻不计;B.电流表:量程为 00.6 A3 A,0.6 A 内阻约为 10,3 A 内阻约为 2;C.电压表:量程为 03 V15 V,3 V 内阻约为 7.2 k,15 V 内阻约为 36 k;D.滑动变阻器:阻值为 010,额定电流为 3 A;E.开关 S,导线若干.速效提升训练 甲乙丙速效提升训练(1)按提供的器材,在实物图甲上连接正确的实验电路,要求测量误差尽可能小.(2)利用这些数据绘出的电器元件 Z 的伏安特性曲线如图乙所示,分析曲线说明通过电器元件 Z 的电流随电压变化的特点.(3)若把电器元件 Z 接入如图丙所示的电路中时,通过 Z 的电流为 0.10A,已知 A、B 两端电压恒为 1.5V,则此时小灯泡 L 的功率为 W.解析:(1)根据题中数据表可知 Z 的电阻范围为 26,与电流表的电阻相当,因此采用电流表外接法;实验中 Z 两端的电压从零开始,因此滑动变阻器采用分压式接法.(3)当通过 Z 的电流为 0.10A 时,通过题图乙可知 Z 两端的电压为 0.2V,则小灯泡 L 的电压为(1.5-0.2)V=1.3 V,L 的功率为 P=UI=0.13W.速效提升训练 答案:(1)如图所示(2)电流随电压的增大非线性增大(3)0.13