1、课时4 测绘小灯泡的伏安特性曲线和 探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 测绘小灯泡的伏安特性曲线 实验基础 一、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接起来。2.滑动变阻器两种接法的对比 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 0RERRUE 0UE 分压接法 调节范围大 负载 R 上电 流调节范围 0ERRI ER 0I ER 分压接法 调节范围大 闭合 S 前 触头位置 b 端 a 端 都是为了保 护电
2、路元件 3.电路设计:本实验采取电流表外接法,滑动变阻器采取分压式接法,电路图如图。通过调整滑动变阻器,改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流,用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,绘制小灯泡的伏安特性曲线,进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律。二、实验步骤 1.按电路图连接好实验电路。2.把滑动变阻器的滑片P调节到a端(即小灯泡两端电压为零的一端),电路经检查无误后,闭合开关S。3.改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U,记入表格内,断开开关S。4.在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流,横轴表示电压,用平滑曲线将各数据点连接起来,便得到伏安特
3、性曲线。5.整理实验器材。三、注意事项 1.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.本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括0在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压接法。3.为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于电路图中的a端。4.实验操作时先查后合,先检查各部分连接是否正确,再合上开关进行实验操作。5.调节滑动变阻器滑片时,应注意加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。6.连图线时曲线要平滑,不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧,绝对不要画成折线。四、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,则电
4、流表示数偏大。2.测量时读数带来的偶然误差,读数时视线要与刻度盘垂直。3.在坐标纸上描点、作图带来的偶然误差。不要画成折线,应画成平滑的曲线,误差较大的点应当舍去。考点1 对实验器材的选择和实验原理的考查 考点与典例 典例1 (1)(多选)某同学在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,采用如图甲所示的电路,关于实验步骤正确的是 。A.M端应与a接线柱相连 B.M端应与b接线柱相连 C.N端与c接线柱相连,滑动变阻器从左向右滑 D.N端与d接线柱相连,滑动变阻器从右向左滑 解析:(1)小灯泡内阻较小,应采用电流表外接,M端应与a接线柱相连,选项A正确,B错误。开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑至使小灯
5、泡电流I=0,cd之间为电阻可忽略的导体棒,N端接在c或d,滑动变阻器滑片移到最左端时,小灯泡所在电路被短路,电流I=0,选项C正确,D错误。答案:(1)AC (2)该同学采用正确的实验方法和实验步骤进行操作后,测绘的小灯泡伏安特性曲线如图乙所示,电压U=2 V时,小灯泡电阻为 。解析:(2)根据图线,得 R=UI=10。答案:(2)10(3)小灯泡伏安特性曲线发生弯曲的原因是 。解析:(3)小灯泡内部灯丝电阻随温度升高而增大,不是恒定电阻。答案:(3)小灯泡内部灯丝电阻随温度升高而增大,不是恒定电阻 考点2 对电路连接和数据分析的考查 典例2 在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡额定
6、电压为2.5 V、电流为0.3 A。(1)实物的部分连线如图甲所示,请完成实物连接图;解析:(1)用两根导线将电压表的正、负接线柱连在灯泡两端,滑动变阻器采用分压式接法,实物图略。答案:(1)如图所示(2)某次实验中,当电流表的示数为0.18 A,电压表的指针如图乙所示,则电压为 V,此时小灯泡的功率是 W;解析:(2)由题图可知电压表示数为1.50 V,则P=UI=0.27 W。答案:(2)1.50 0.27 (3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的 (填字母)。解析:(3)温度升高,电阻率变大,电阻变大,I-U图线中,图线上某点与原点连线的斜率变小,所以选项C正确。答案:(3)C 探
7、究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 实验基础 一、实验原理 1.伏安法测电阻 电流表的内接法和外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差 原因 电流表分压 U 测=Ux+UA 电压表分流 I 测=Ix+IV 电阻测 量值 R 测=UI测测=Rx+RARx,测量值大于真实值 R 测=UI测测=VVxxR RRRRx,测量值小于真实值 2.电阻率的测定原理:把金属丝接入如图所示的电路中,用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测通过金属丝的电流,根据Rx=UI计算金属丝的电阻Rx,然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度 l,用螺旋测微器测量金属丝的直径 d,计算出金属丝的横截面积 S;根据电阻定律
8、 Rx=lS,得出计算金属丝电阻率的公式=xR Sl=24d UlI。二、实验步骤 1.在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值。2.按实验原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。4.把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入记录表格内,断开开关S,求出导线电阻Rx的平均值。三、数据处理 1.在求 Rx的平均值时可用两种方法(1)第一种是用 Rx=UI算出各次的数值,再取平均值。
9、(2)第二种是用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率:将记录的数据 Rx,l,d 的值,代入电阻率计算公式=Rx Sl=24d UlI。四、注意事项 1.为了方便,测量直径应在导线连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行。2.本实验中被测金属丝的电阻值较小,故采用电流表外接法。3.开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大。4.电流不宜太大(电流表用00.6 A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。5.测电阻还可以用等效替代法。用电阻箱替代待测电阻,按如图所示的电路图连接好电路,调节电阻箱,使两次电流相等,则电阻箱的阻值就
10、等于待测电阻的阻值。2.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R 测R 真,由 R=lS,知 测 真。五、误差分析 1.金属丝直径、长度的测量带来误差。3.通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差。考点1 对实验原理和实验操作的考查 考点与典例 典例1 某实验小组在“探究导体电阻与其影响因素的关系”的实验中,采用的测量电路图如图1所示,并选取了四种材料、规格不同的金属丝如图2所示的实物图。(1)根据电路图连接图2的实物图,其中线夹P和几条线已经接好,请完成其余接线。解析:(1)根据电路图连接实物图,如图所示。答案:(1)见解析(2)操作时,在闭合开
11、关前,应将滑动变阻器R0的滑片Q置于 (选填“a”或“b”)端。(3)为探究导体电阻与其长度的关系,闭合开关后,应将 (选填“线夹P”或“滑片Q”,下同)调至合适位置后不动,多次改变 的位置,观测 (选填“电压表”或“电流表”)的读数,即可进行分析论证得出结论。解析:(2)闭合开关前,应使电路中的电流最小,故滑动变阻器的滑片Q应置于b端。(3)闭合开关后,应控制电路中的电流不变,即滑动变阻器的滑片调至合适位置后不动,再改变P的位置,即改变导体的长度,观测电压表的读数是否与长度成正比,即可得出结论。答案:(2)b(3)滑片Q 线夹P 电压表(4)为测定所研究金属丝的电阻率,在(3)中,得到几组
12、U,I,L 的数据,其中 U 是电压表的示数,I 是电流表的示数,L 是 O,P 间的电阻丝的长度。用R=UI计算出相应的电阻后,作出 R-L 的图线如图 3 所示,若计算得该图线的斜率为 k,电阻丝的直径为 d,则电阻率=。解析:(4)根据 R=LS,得=RSL=24kd。答案:(4)24kd 考点2 对电路设计及实验数据处理的考查 典例2 (2018浙江11月学考)为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻Rx,小明设计了如图1所示的电路。(1)实验时,闭合开关S,滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变,将c点先后与a,b点连接,发现电压表示数变化较大,电流表示数基本不变,则测量时应将c点接 (选
13、填“a点”或“b点”),按此连接测量,测量结果 (选填“小于”“等于”或“大于”)Rx的真实值。解析:(1)由题中表述知,c 先后与 a,b 连接,电压表示数变化比较大,电流表内阻的分压效果明显,电流表应该外接,即 c 接 a 点;根据欧姆定律,有 R 测=UI,R 真=VUII,故测量值比真实值偏小。答案:(1)a点 小于(2)根据实验测得的6组数据,在图2中描点,作出了2条图线。你认为正确的是 (选填“”或“”),并由图线求出电阻Rx=。(保留两位有效数字)解析:(2)根据电路的接法,当电流为零时电压表示数也为零,故图线过原点,图线正确;在I-U图象中,图线的斜率等于电阻的倒数,则R=7.5。答案:(2)7.5 点击进入 课时训练
