1、第六课时 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线(对应学生用书第 101 页)1描绘小电珠的伏安特性曲线，并分析伏安特性曲线的变化规律2理解实验过程中合适器材的选择原则，会根据需要选择不同电路(对应学生用书第 101 页)一、实验原理1根据欧姆定律，在纯电阻电路中，当电阻的阻值恒定时，电阻两端的电压和通过电阻的电流成线性关系，UI图线是一条倾斜直线对一只小电珠来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍，所以，它的伏安特性曲线是一条曲线2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得到多组(I，U)值，在UI坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将各点连接起来即得到小电珠
2、的伏安特性曲线3因为小电珠电阻很小，测量电路应选用电流表外接法，要使小电珠两端电压从0开始变化，滑动变阻器采用分压式接法二、实验器材小电珠、电池、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸三、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按原理图连接好实验电路2把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最小的位置(原理图中的最左端)，经检查无误后，闭合开关S.3移动滑动变阻器的滑片，测出812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.4在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系，在坐标纸上描出各组数据所对应的点，将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线
3、5拆除电路、整理仪器四、注意事项1电路的连接方式：(1)因为小电珠的电阻很小，与00.6 A的电流表串联时，应采用电流表外接法(2)因为该实验要求小电珠两端电压能从0开始连续变化，所以滑动变阻器采用分压式连接2闭合开关前，滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为0的一端3电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定4所测数据中误差较大的点要舍去，UI图象应是平滑曲线而非折线5作图时最小单位与电表分度一致，并且大小要适宜五、误差分析1由于电压表不是理想电表，对电路的影响带来误差2测量时读数不准，在坐标纸上描点不准引起误差(对应学生用书第 101103 页)实验器材和电路的选择【
4、例1】(2011年海淀模拟)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：器材规格器材规格小电珠标有“3.8 V03 A”字样滑动变阻器R1最大阻值10，额定电流1.0 A电压表V量程05 V，内阻约5 k滑动变阻器R2最大阻值1 k，额定电流0.5 A电流表A1量程0100 mA，内阻约4 直流电源E电动势约为6 V，内阻约为0.5 电流表A2量程0500 mA，内阻约0.4 导线、开关等(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在图(甲)中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路(3)利用实验中得到的实验数据，在IU坐标系中描绘出了图(乙)所示的小电
5、珠的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断出图(丙)中正确的是(图中P为小电珠功率)()思路点拨：电流表(电压表)选取的依据：参照(估算)电路中出现的电流(电压)的最大值解析：(1)因为电压从零开始变化，滑动变阻器用分压式，应选阻值小的 R1；小电珠正常工作时 I 额0.3 A300 mA100 mA，故电流表应选 A2.(2)由于小电珠正常工作时 R 灯U额I额 3.80.3 13 RVRA244.7.故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示(3)在 IU 图象中，图线斜率逐渐减小，小电珠的 R 逐渐增大；由 PU2R 知在 PU2 图象中，图线的斜率1R应逐渐减小，故 B 错误；由 PI
6、2R 知在 PI2 图象中图线斜率 R 应逐渐增大，故D 正确答案：(1)R1 A2(2)见解析图(3)D实验数据的处理【例2】(2011年天津模拟)(12分)表格中所列数据是测量小电珠UI关系的实验数据：U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_(选填“(甲)”或“(乙)”)；(2)在如图(丙)所示的方格纸内画出小电珠的UI曲线分析曲线可知小电珠的电阻值随I变大而_(选填“变大”、“变小”或“不变”)；(3)如图(丁)所示，用一个定值
7、电阻R和两个上述小电珠组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3 V的电源上已知流过电阻R的电流是流过小电珠L2电流的两倍，则流过小电珠L1的电流约为_ A.规范解答：(1)从表中数据可看出，小电珠两端电压可以从零开始调节，这说明滑动变阻器应选用分压式接法，故应选用(甲)图(3分)(2)在方格纸上根据UI数据描点、连线，其UI图象如图(3分)随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大(3分)(3)因流过电阻R的电流是流过L2电流的两倍，则流过L1的电流是流过L2电流的3倍，而L1、L2两端的电压之和为3 V，在第(2)问描绘出的UI图象中，找出一个电流I对应的电压U1
8、，再找出3I对应的电压U2，直到U1U23 V为止最后得出结果，流过L1的电流为0.21 A(3分)答案：(1)甲(2)UI曲线见规范解答 变大(3)0.21(1)在UI图象中，曲线的切线的斜率表示R大小(2)在第(3)问中，分析L1、L2阻值时，由于通过电流不同，阻值是不同的，不能再认为阻值相同来计算考点一：实验器材和电路的选择【例1】(能力题)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：(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
9、材代号)(2)为达到上述目的，请在如图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(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：_，不同点：_.解析：(1)图象中电流 00.14 A，电流表选 A2；电源电压 6 V，但图象只要求电压在 03 V 之间调整，为了测量准确电压表选 V1；由于绘制图象的需要，要求电压从 03 V 之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好的调节电压，滑动变阻器应选用阻值较小的 R1.(2)该元件约几十欧姆，RVR RRA，电压表的分流作用可以忽略，所以采用电流表外接法；实验
10、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(3)从图象的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点，突出都是“非线性”，图象上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数答案：(1)A2 V1 R1(2)如图(3)相同点：通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系不同点：该元件的电阻值随电压的增大而减小，而小电珠的电阻值随电压的增大而增大考点二：数据的处理【例2】(能力题)图(甲)为某同学测绘额定电压为2.5 V小灯泡的IU图线实验电路图(1)根据电路图，用笔画线代替导线，将图(乙)中的实验电路连接成完整实验电路(2)开关S闭合之前，图(乙)中滑动变阻器的滑片应
11、该置于_(选填“A端”、“B端”或“AB正中间”)(3)已知小灯泡灯丝在27 时电阻值约为1.5，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比(热力学温度T与摄氏温度t的关系为T273t)，根据如图(丙)画出的小灯泡IU特性曲线，估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为_(保留两位有效数字)解析：对于分压电路，开关S闭合前，应该将滑动变阻器的滑片置于最左端(A端)，使待测电路上电压为零由灯丝电阻与热力学温度成正比可得RkT，当灯丝温度为300 K时电阻为1.5 可得k0.005.由小灯泡的IU特性曲线可得当电压为2.5 V时灯丝中电流约为0.265 A，根据欧姆定律可得出灯丝电阻RU/I9.4，由Rk
12、T解得此时灯丝热力学温度TR/k1 880 K，即灯丝温度为tT2731 6071.6103.答案：(1)实物连线图如图所示(2)A端(3)1.6103(对应学生用书第 103 页)(2010年浙江理综，21)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流电压的数据如下表所示：电流I/mA2.7 5.4 12.419.527.836.447.156.169.681.793.2电压U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.909.1211.46(1)用上表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所示；
13、请指出图线的特征，并解释形成的原因解析：(1)如图所示(2)电阻随电流增大而增大刚开始温度低，电阻变化不很大，随着电流增大，灯丝温度升高加快，电阻增大也变快最后，有部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢答案：见解析(对应学生用书第 259 页)【测控导航】考点题号1.实验原理12.实验器材和电路的选择2、43.数据处理31.(2009年天津卷)为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图(甲)所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光在图(乙)中由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的UI图象应是(C)解析：灯丝电阻随电压的增大而增大，在
14、图象上某点与原点连线的斜率应越来越大A、B、D错误，C正确故选C.2(2009年浙江理综)如图所示，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接答案：连接如图中虚线所示3(2010年安徽理综)太阳能是一种清洁、“绿色”能源在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的IU特性所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及
15、导线若干(1)为了达到上述目的，请将图(1)连成一个完整的实验电路图(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图(2)所示的IU图象，由图(2)可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池的电阻_(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池的电阻约为_.答案：(1)连线如图(2)很大 1 000(9651 040均对)4(2011年江苏省苏北四市高三第二次调研测试物理试题)2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，以表彰他们对石墨烯的研究他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨，能导电某同学
16、设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压)：U/V0.000.400.801.201.602.00I/A0.000.100.180.280.380.48实验室提供如下器材：A电流表A1(量程0.6 A，内阻约为1.0)B电流表A2(量程3 A，内阻约为0.1)C电压表V1(量程3 V，内阻3 k)D电压表V2(量程15 V，内阻15 k)E滑动变阻器R1(阻值010，额定电流2 A)F滑动变阻器R2(阻值02 k，额定电流0.5 A)(1)除长约14 cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E(6 V)、开关和带夹子的导线若干外，还需选用的其
17、他器材有_(填选项前字母)；(2)在虚线方框中画出实验电路图；(3)根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的IU图线解析：(1)实验所得数据中，电压值小于 3 V，电流值都小于 0.6 A，又由于稳压直流电源 E 电动势为 6 V，所以电压表应选 V1，电流表选 A1.因电压、电流值从 0 V、0 A 调节，故滑动变阻器应采用分压式接法，且选用小阻值的滑动变阻器 R1.(2)从表中数据可看出，铅笔芯的阻值大约为 4 RARV，所以应采用安培表外接法(3)因本实验为探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，所以所测数据在坐标纸中找出后应用一条平滑的曲线去连接各点，可以得出，铅笔芯的 IU 图线应是一条斜率不变的直线答案：(1)A、C、E(2)如图(甲)所示(3)如图(乙)所示