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1、实验9 描绘小电珠的伏安特性曲线,-2-,一、实验目的 1.描绘小电珠的伏安特性曲线。 2.分析伏安特性曲线的变化规律。 二、实验原理 1.测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图像。 2.由图像的斜率反映电流与电压和温度的关系。 三、实验器材 学生电源(46 V直流)或电池组、小电珠(3.8 V,0.3 A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。,-3-,四、实验步骤 1.连接电路。 确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,用导线连接成如图所示电路。,-4-,2.测出小电珠在不同电压下的电流。 (1)闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到最左端,以使
2、开关闭合时小电珠两端的电压能从零开始变化;同时,这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。 (2)移动滑动变阻器滑片的位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格。 3.拆除电路,整理仪器。,-5-,五、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,以所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。 3.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。 六、误差分析 1.系统误差:由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响带来的误差。 2.偶然误差: (1)电压表、电流表的读数带
3、来的误差。 (2)在坐标纸上描点、作图带来的误差。,-6-,七、注意事项 1.电路的连接方式: (1)电流表应采用外接法:因为小电珠(3.8 V 0.3 A)的电阻很小,与00.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。 (2)滑动变阻器应采用分压式连接,目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。 2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。 3.I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。 4.当小电珠的电压接近额
4、定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。 5.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。,-7-,1.在实验中,由于电源电动势的限制,小电珠两端的电压达不到其工作的额定电压,是否影响该实验的实验结论? 提示：不影响。,-8-,2.设计一种测小电珠电阻的准确方法。 提示：如图所示,两个电压表完全相同且内阻很大。移动滑动变阻器滑片,调节电阻箱的示数,使两个电压表示数相同,则电阻箱的读数即为小电珠的电阻值,记下小电珠的电阻和电压;多次移动滑动变阻器滑片,采用相同方法,记下相应电阻箱示数和电压表的读数。在坐标纸上画出R-U图线,并分析R随U变化的规律。 在描绘小电珠的伏安特性曲线的实
5、验中,由于电表内阻的影响,会产生系统误差使得小电珠的电阻测量不准确。上述实验方法可以消除这种误差,操作、读数比较方便。,-9-,考点一,考点二,考点三,实验器材的选择 例1某实验小组描绘规格为“2.5 V 0.6 W”的小电珠的I-U特性曲线。实验室提供下列器材: A.电流表A1(量程为025 mA,内阻约0.2 ) B.电流表A2(量程为0300 mA,内阻约1 ) C.电压表V1(量程为03 V,内阻约5 k) D.电压表V2(量程为015 V,内阻约15 k) E.滑动变阻器R1(010 ,额定电流1.5 A) F.滑动变阻器R2(01 000 ,额定电流0.5 A) G.直流电源(电动
6、势6 V,内阻忽略不计) H.开关一个、导线若干,-10-,考点一,考点二,考点三,(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10 V B.直流电流5 mA C.欧姆“100” D.欧姆“1” (2)实验中所用的电流表应选 ;电压表应选 ;滑动变阻器应选 。(只需填器材前面的字母代号),-11-,考点一,考点二,考点三,(3)若采用如图甲所示的电路描绘小电珠的伏安特性曲线,电压表的右端应与电路中的 (选填“a”或“b”)点相连。,-12-,考点一,考点二,考点三,(4)开关闭合之前,图中滑动变阻器的滑片应该置于
7、(选填“c”“d”或“cd中间”)端。 (5)测量后,该小组根据实验数据,拟合出小电珠的I-U特性曲线如图乙所示。请根据曲线确定小电珠两端电压为1.5 V时,其实际功率P= W。 (6)该小组按实验要求设计出正确电路图并正确连线后,闭合开关,慢慢增大小电珠的电压,发现刚开始时两电表指针均偏转,但小电珠不发光,请简要分析原因: 。,-13-,考点一,考点二,考点三,(3)小电珠电阻为10.4 ,电流表内阻约1 ,电压表内阻约为5 k,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,由题图甲所示电路图可知,电压表的右端应与电路中的a端连接。 (4)由题图甲所示电路图可知,滑动变阻器采用分压接法,开关
8、S闭合前,滑动变阻器的滑片应置于c端。 (5)由题图乙所示图像可知,小电珠两端电压为1.5 V时,通过电珠的电流为0.22 A,则电珠实际功率P=UI=0.33 W。,-14-,考点一,考点二,考点三,(6)分析原因:电压(电流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度。 答案：(1)D (2)B C E (3)a (4)c (5)0.33 (6)电压(电流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度,-15-,考点一,考点二,考点三,实验电路设计与数据处理 例2要描绘一个标有“3 V 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3 V,并便于操作。已选用的器材有: 电池组
9、(电动势为4.5 V,内阻约1 ); 电流表(量程为0250 mA,内阻约5 ); 电压表(量程为03 V,内阻约3 k); 开关一个、导线若干。 (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1 A) B.滑动变阻器(最大阻值1 750 ,额定电流0.3 A),-16-,考点一,考点二,考点三,(2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号)。,-17-,考点一,考点二,考点三,(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1.5 V,内阻为5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W。,-18-,考点一,考点二,考点
10、三,解析： (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A。,(3)电路中的短路电流I短= =0.3 A,在灯泡的I-U图上作出电源的I-U图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.11 W=0.1 W。,-19-,考点一,考点二,考点三,答案： (1)A (2)B (3)0.1,-20-,考点一,考点二,考点三,例3在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,需测量一个标有“3 V 1.5 W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。现有如下器材: 直流电源(电动势3.0 V,内阻不计) 电流表A1
11、(量程03 A,内阻约0.1 ) 电流表A2(量程00.6 A,内阻约5 ) 电压表V1(量程03 V,内阻约3 k) 电压表V2(量程015 V,内阻约200 k) 滑动变阻器R1(阻值010 ,额定电流1 A) 滑动变阻器R2(阻值01 k,额定电流300 mA),-21-,考点一,考点二,考点三,(1)在该实验中,电流表应选择 (选填“A1”或“A2”),电压表应选择 (选填“V1”或“V2”),滑动变阻器应选择 (选填“R1”或“R2”)。 (2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路,请在乙图方框中完成实验的电路图。,-22-,考点一,考点二,考点三,(3)
12、该同学连接电路后检查所有元器件都完好,电流表和电压表已调零,经检查各部分接触良好。但闭合开关后,反复调节滑动变阻器,小灯泡的亮度发生变化,但电压表和电流表示数不能调为零,则断路的导线为 。,-23-,考点一,考点二,考点三,(4)图丙是学习小组在实验中根据测出的数据,在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。若将该灯泡与一个6.0 的定值电阻串联,直接接在题中提供的电源两端,请估算该小灯泡的实际功率P= W(保留两位有效数字)。(若需作图,可直接画在图中),-24-,考点一,考点二,考点三,(3)测量结束后,应先断开开关,拆除电池两端的导线,防止电池出现短路以致被烧毁。 (4)由P= U2知,图像
13、的斜率是变化的,因此图线应是一条曲线。画图线取标度时,应使点尽可能分布在整个坐标纸上,显然该同学的横坐标的标度选择不合适。,-25-,考点一,考点二,考点三,答案：(1)如图所示 (2)10 (3)电池 (4)图线不应画为直线;横坐标的标度选择不合适。,-26-,考点一,考点二,考点三,方法归纳电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法 电源对电路中小灯泡供电工作,显然路端电压与电路中电流满足关系U=E-Ir,整理可得I= ,即可作出一条电源的伏安特性曲线。同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线,两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律,又满足小灯泡的伏安特性曲线特点,即为所求的电流与电压值
14、。,-27-,考点一,考点二,考点三,实验的改进与创新 以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置新题目,不脱离教材而又不拘泥于教材,体现开放性、探究性等特点。 1.以实验原理及实验方法为基础,探究小灯泡功率与电压的关系。 2.实验对象的变迁,-28-,考点一,考点二,考点三,3.数据处理方式的改进 采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。,-29-,考点一,考点二,考点三,例4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“3.0 V 1.8 W”,电源为12 V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10 。,
15、-30-,考点一,考点二,考点三,(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) (2)现有10 、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的数值在坐标纸上描点,并作出了一条直线,如图乙所示,请指出图像中不恰当的地方。,答案,解析,-31-,1,2,3,4,1.某同学为了测绘小灯泡(2.5 V 0.6 A)的伏安特性曲线,到实验室找出了下列实验器材: 两个相同的电流表G(内阻Rg=100 ,满偏电流Ig=1 mA)
16、;,两个滑动变阻器:E(最大阻值6 ,额定电流2 A);F(最大阻值20 ,额定电流1 A); 电源:电动势3 V,内阻不计。 由于没有电压表和电流表,他设计了如图所示的测量电路。,-32-,1,2,3,4,(1)为了比较精确地测量电流和电压的值,电阻R1应该选择 ,电阻R2应该选择 。 (2)请根据题目所给的器材,将控制电路部分的电路图补充完整。 (3)控制电路部分的滑动变阻器应该选择 。 (4)在测量过程中滑动变阻器调整到某一位置时,该同学发现两只表头指针偏转的角度完全相同,则此时小灯泡的电阻是 (结果保留两位有效数字)。,-33-,1,2,3,4,(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线需要多测几
17、组数据,故滑动变阻器采用分压接法。,-34-,1,2,3,4,(3)为方便调节,滑动变阻器应选阻值较小的,即E。 (4)因为两只表头指针偏转的角度完全相同,所以通过两只电流表的电流相同,设为I。由串、并联电路的特点知,流过测量电路中两个,答案：(1)B C (2)见解析图 (3)E (4)3.0 ,-35-,1,2,3,4,2.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。,-36-,1,2,3,4,-37-,1,2,3,4,(1)实验要求滑动变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
18、完成其余导线的连接。 (2)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。 (3)该小组描绘出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(保留三位小数)。,-38-,1,2,3,4,解析：(1)电流表示数要从零开始逐渐增大,滑动变阻器要用分压式接法,如图所示。 (2)电流表示数为0.44 A。,-39-,1,2,3,4,电压为U,根据闭合电路欧姆定律得:U+nI0r=E,而U+4 I0=3 V,U=-4 I0+3 V,如图所示,图线的交点纵、横坐标分别为U1.5
19、V,I00.38 A,P=UI0=0.57 W,P总=nP=0.574 W=2.28 W。,-40-,1,2,3,4,答案： (1)见解析图 (2)0.44 (3)4 2.28,-41-,1,2,3,4,3.在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能,在没有光照时,太阳能电池可以视为一个电学器件。某实验小组用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I-U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及导线若干。 (1)为了达到上述目的,应选用哪个电路图: (选填“甲”或“乙”)。,-42-,1,2,3,4,(2)该实验
20、小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图丙所示的I-U图象。由图可知,当电压小于2.0 V时,太阳能电池的电阻 (选填“很大”或“很小”);当电压为2.8 V时,太阳能电池的电阻约为 。(保留两位有效数字),答案,解析,-43-,1,2,3,4,4.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中。 (1)某同学通过实验得到了8组数据,且已经描在了图甲所示的I-U坐标系中,请在图甲中画出小灯泡的伏安特性曲线。 (2)该实验正确的实验电路图应选 (选填“乙”或“丙”)。,-44-,1,2,3,4,(3)根据所选电路图,请在图丁中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路。,-45-,1,2,3,4,(4)
21、由伏安特性曲线知,该小灯泡的电阻随电压的升高而 (选填“增大”“减小”或“不变”)。 (5)根据伏安特性曲线,可判断出图中正确的关系图像是 (图中P为小灯泡的功率,I为通过小灯泡的电流)。,解析： (1)如图甲所示。 (2)观察小灯泡的I-U像,可以看出实验是从电压为零时开始描点,说明电压从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法,因此题中乙图所示电路正确。 (3)电路实物连接图如图乙所示。,-46-,1,2,3,4,(5)根据电功率表达式P=I2R可知,图像P-I2的斜率即为小灯泡的电阻,由于电阻随功率增大而增大,因此选项D正确。,答案： (1)图见解析 (2)乙 (3)图见解析 (4)增大 (5)D,