1、实验九描绘小电珠的伏安特性曲线实验目的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实验原理1.测多组小电珠的U、I的值，并绘出IU图象2.由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系实验器材学生电源(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、导线若干实验步骤1.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，按实验原理图连接好实验电路2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S.3.移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.U
2、/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.64.0I/A4.拆除电路，整理仪器数据处理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，以使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误差分析1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差2.电流表、电压表的读数带来误差3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差注意事项1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：小电珠(3.8 V0.3 A)的电阻很小，与00.6 A的电
3、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接法：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.IU图线在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 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.误差较大的点舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线实验改进1.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2.与原数据处理方式的比较(1
4、)原方案优点：由学生读出电压表、电流表的数据，并动手绘出伏安特性曲线，可锻炼学生的读数、动手操作能力缺点：学生读数、绘图带来较大误差(2)改进方案优点：电压、电流由传感器测出，由计算机进行数据分析，再进行绘图，快捷、准确且误差较小缺点：一切在计算机上进行，学生的动手能力得不到锻炼热点一实验原理与电路连接典例1小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)实验时用到的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围010 )、电源、小灯泡、开关、导线若干I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490
5、.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)在虚线框中画出实验电路图要求尽量减少实验误差(2)在方格图中画出小灯泡的UI曲线解析：(1)要研究小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压接法，因为小灯泡的电阻和电流表的内阻相接近，所以采用电流表的外接法，如图所示(2)将测得的数据在图象上用描点法描出来，然后用平滑的曲线连接.答案：(1)图见解析(2)图见解析1.某学习小组的同学探究小灯泡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 V0.7 A”；电流表A1，量程3 A，内阻约为0.1 ；电流表A2，量程
6、0.6 A，内阻r20.2 ；电压表V，量程3 V，内阻rV9 k；标准电阻R1，阻值1 ；标准电阻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(1)甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46 A时，电压表的示数如图乙所示，请问读数为 V，此时L的电阻为 .(2)乙同学又设计了如图丙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(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，在图丁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
7、代号解析：(1)因为电压表的量程为3 V，所以分度值为0.1 V，故示数为2.30 V，根据欧姆定律R5 .(2)串联一个定值电阻，相当于增加了电压表的量程，因为电压表内阻和R2之比为31，故根据欧姆定律可得电压表两端的电压与电阻R2两端的电压之比为31，因为电压表满偏，故电压表示数为3 V，所以定值电阻R2两端的电压为1 V，故L上的电压为4 V(3)首先电流表A1的量程太大，误差太大，应使用电流表A2，而A2的量程小于小灯泡的额定电流，所以需要将电流表的量程增大，所以给电流表A2并联一个分流电阻，实验电路图如图所示.答案：(1)2.305(2)4(3)图见解析热点二实验数据处理与分析典例2
8、某学习小组探究一小灯泡在不同电压下的功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左向右移动过程中，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中完成余下导线的连接；(2)实验测得的数据如下表记录：序号12345678910电压U/V00.30.60.91.21.51.82.12.42.7电流I/A00.100.200.280.350.400.450.480.500.51请将剩余两个点描在图乙的坐标图中，并画出小灯泡的伏安特性曲线；(3)根据所画伏安特性曲线判断；将该灯泡直接接在一电动势为3 V、内阻为1 的电源两端，小灯泡的功率为 W；(
9、结果保留两位小数)将 只相同的小灯泡并联后，与中电源以及一定值电阻R00.25 串联成闭合回路，可使灯泡消耗的总功率最大，最大值约为 W(结果保留两位小数)解析：(1)探究小灯泡在不同电压下的功率大小，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，实物电路图如图所示：(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示：(3)在灯泡UI图象中作出电源的UI图象如图所示：由图示图象可知，灯泡两端电压U2.5 V，通过灯泡的电流I0.5 A，灯泡功率PUI2.50.5 W1.25 W电源与电阻R0整体可以看作等效电源，等效电源内阻为(10.25) 1.25 ，当灯泡并联电阻为1.
10、25 时灯泡总功率最大，此时路端电压为1.5 V，由灯泡UI图象可知，此时通过灯泡的电流为0.4 A，灯泡的电阻：RL 3.75 ，则三只灯泡并联电阻为1.25 ，三只灯泡并联时灯泡总功率最大，Pmax3UI1.80 W.答案：(1)图见解析(2)图见解析(3)1.25(1.251.30)31.802.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 V2.5 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(6 V，内阻不计)B.电流表G(满偏电流3 mA，内阻10 )C.电流表A(00.6 A，约3 )D.滑动变阻器R(020 ，5 A)
11、E.滑动变阻器R(0200 ，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)将上述电子元件R1和另一个电子元件R2接入如图甲所示电路中，他们的伏安特性曲线分别如图乙中Oa、Ob所示电源的电动势E7.0 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 .(结果保留两位有效数字)解析：(1)
12、描绘伏安特性曲线，需要电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压接法，没有电压表，需要用已知内阻的电流表G与定值电阻R0串联测电压，灯泡电阻R 14.4 ，电压表内阻为(101990) 2000 ，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示(2)选用阻值小的滑动变阻器便于操作，所以选D.(3)因为两个电子元件消耗的电功率相等，说明两者的电压和电流相等，所以根据图乙可知，此时电阻两端的电压为U2.5 V，I0.25 A，根据欧姆定律得R1 10 ，根据串并联电路特点可知，此时流过R3的电流为II0.25 A，两端的电压为UE2U7 V2.52 V2 V，故R3 8.0 .答案：(1
13、)图见解析(2)D(3)108.0热点三实验的拓展与创新以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，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典例3(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(1)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 .据此应选择图中的 (填“b”或“c”)电路进行实验(2)连接所选电路，
14、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(3)图(d)是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件 (填“X”或“Y”)是非线性元件(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(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，可得E V，r .(结果均保留两位有效数字，电压表为理想电压表)解析：(1)因倍率为“1”，故指针所指的数字即为读数，为10 ；由于待测电阻的阻值比电压表的内阻小得多，故采用电流表外接的
15、方式测量电阻，即选择b.(2)滑动变阻器的滑片P向右滑动时，由于加在待测电阻两端的电压逐渐增大，故电流表的示数也逐渐增大(3)由图(d)知，元件X的电流与电压成正比，故为线性元件；而元件Y的电流与电压不成正比，故Y是非线性元件(4)由图可知，线性元件的电阻为RX 10 ，若S1、S2都闭合，则电阻R被短路，电路中的电流I A0.3 A，由闭合电路的欧姆定律得EUIr，断开S2后，电流I A0.1 A，故EUI(Rr)，两式联立并代入数据得：E3.2 V，r0.50 .答案：(1)10b(2)增大(3)Y(4)3.20.50典例4(2015重庆卷)同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与
16、Rx相当，电压表可视为理想电压表(1)若使用如图甲所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的 点(填“b”或“c”)(2)测得电阻丝的UI图如图乙所示，则Rx为 (保留两位有效数字)甲 乙(3)实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化他们对此现象进行探究，在探究电阻丝两端的电压为10 V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速v(用风速计测)的变化关系如图丙所示由图可知当风速增加时，Rx会 (填“增大”或“减小”)在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10 V，需要将滑动变阻器RW的滑片向 端调节(填“M”或“N”
17、)丙丁(4)为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图丁所示的电路其中R为两只阻值相同的电阻，Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，V为待接入的理想电压表如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表“”端和“”端应分别连接到电路中的 点和 点(填“a”“b”“c”“d”)解析：(1)由于电流表的内阻与Rx相当，即Rx较小，所以电流表外接时误差较小，故电压表的a端应接电路的c点(2)由UI图象可知电阻Rx 4.1 .(3)根据Rxv图象可知，风速越大时电阻Rx越小要使Rx两端的电压不变，需增大与Rx并联的RW的电阻，即将滑动变阻器RW的滑片
18、向M端滑动(4)当风速增大时，受气流影响的电阻丝Rx的阻值逐渐减小，d点的电势逐渐降低开始时，b、d两点电势差为零，所以电压表的“”端接b点、“”端接d点时能满足条件答案：(1)c(2)4.1(4.04.2)(3)减小M(4)bd1小张和小明测绘标有“3.8 V0.4 A”小灯泡的伏安特性曲线，提供的实验器材有：A电源E (4 V，内阻约0.4 )B电压表V(2 V，内阻为2 k)C电流表A(0.6 A，内阻约0.3 )D滑动变阻器R(010 )E三个定值电阻(R1 1 k，R22 k，R35 k)F开关及导线若干(1)小明研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行
19、了改装在给定的定值电阻中选用 (填“R1”“R2”或“R3”)与电压表 (填 “串联”或“并联”)，完成改装(2)小张选好器材后，按照该实验要求连接电路，如图所示(图中电压表已经过改装)闭合开关前，小明发现电路中存在两处不恰当的地方，分别是： ； .(3)正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，电压表和电流表的示数改变，但均不能变为零由此可以推断电路中发生的故障可能是导线 (填图中表示导线的序号)出现了 (填“短路”或“断路”)解析：(1)电压表的量程为2 V，内阻为2 k，故选用阻值是2 k的R2与电压表串联后可达到试验的要求(2)因电压表的内阻远大于灯泡的内阻，故电流表应该外接；
20、因采用分压电路，故滑动变阻器滑动端应该在最左端；故电路中存在两处不恰当的地方，分别是：安培表不应内接，滑片应在最左端；(3)出现此故障可能是导线8断路引起的答案：(1)R2串联(2)安培表不应内接滑片应在最左端(3)8断路2在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，已知待测小灯泡的额定电压6 V，额定功率约为3 W，提供的器材有：电流表A：量程为0.6 A，内阻约为0.5 ；电压表V：量程为3 V，内阻为3 k；滑动变阻器R1(010 ，2 A)；滑动变阻器R2(0500 ，1 A)；定值电阻R31 k；定值电阻R43 k；电源：电动势为9 V，内阻约为0.1 ；开关一个，导线若干(1)实验中，应该
21、选用的滑动变阻器是 ，定值电阻是 (填仪器的字母代号)(2)根据所给的器材，在虚线框中画出实验电路图解析：(1)电源电势为6 V，电压表量程为3 V，需要把电压表与定值电阻R4串联组成电压表，使电压表量程扩大至6 V；电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡正常发光时电阻为R12 ，电流表内阻约为0.5 ，电压表内阻和R4电阻之和为6 k，远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，滑动变阻器应选择阻值较小的R1.(2)实验电路图如图所示：答案：(1)R1R4(2)图见解析3某实验小组预测定一只小灯泡(其额定功率为0.75 W, 但额定电压已经模糊不清)的额定电压值，实验过程如下：他们先
22、用多用电表的欧姆挡测出小灯泡的电阻约为2 ，然后根据公式算出小灯泡的额定电压U1.22 V但他们认为这样求得的额定电压值不准确，于是他们利用实验室中的器材设计了一个实验电路，进行进一步的测量他们选择的实验器材有：A电压表V(量程3 V，内阻约3 k)B电流表A1(量程150 mA，内阻约2 )C电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 )D滑动变阻器R1(020 )E滑动变阻器R2(050 )F电源E(电动势4.0 V，内阻不计)G开关S和导线若干(1)测量过程中他们发现，当电压达到1.23 V时，灯泡亮度很弱，继续缓慢地增加电压，当达到2.70 V时，发现灯泡已过亮，立即断开开关，所有测量
23、数据见下表：次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中数据，在给出的坐标纸上作出UI图线，从中可得小灯泡的额定电压应为 V(结果保留两位有效数字)这一结果大于实验前的计算结果，原因是 (2)从表中的实验数据可以知道，他们在实验时所选择的电路应为 ，电流表应选 (填“A1”或“A2”)，滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”)解析：(1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示；由图示图象可知，电压U2.5 V时，电流I0.3 A，灯泡功率PUI2.50.3 W0.75 W，等于灯泡额定功率，则灯泡额定电压为2.5 V由于灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，因此灯泡额定电压大于计算结果(2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡正常发光时的电阻约为R 8.33 ，电压表内阻约为3 k，电流表内阻约为0.6 ，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表采用外接法，应选择图C所示电路图；由表中实验数据可知，电流的最大测量值为310 mA，电流表应选择A2，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1.答案：(1)图见解析2.5 V灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻(或：灯泡电阻随温度升高而变大)(2)CA2R113