2019高考物理复习实验09描绘小电珠的伏安特性曲线学案新人教版

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w.5 Y k J.cOM 实验9　描绘小电珠的伏安特性曲线
 
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I­U图象．
2．由图线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(4～6 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．
四、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(V) 0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
I(A)       
U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0
I(A)       
4.拆除电路，整理仪器．
  (2018•银川月考)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0～10 Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干.
I/A 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50
U/V 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00
(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
 
一、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．
二、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．
三、注意事项
1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．
2．滑动变阻器应采用分压式连接
本实验要作出U­I图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
  (2017•全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表○V(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表○A(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．
 
(3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W.(结果均保留两位小数)
解析：(1)小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示．
(2)I­U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大．根据电阻定律R＝ρLS，得灯丝的电阻率增大．
(3)当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值．
当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示．此时小灯泡功率有最小值．
取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：
U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，
小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W.
取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：
U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，
小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W.
 
答案：(1)实验电路原理如图所示．
 
(2)增大　增大　(3)0.39　1.17
 
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．
 
  (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 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、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________Ω.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，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(c)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R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(d)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＝________Ω.(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 Ω；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(a)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＝3.00.3 Ω＝10 Ω，若S1、S2都闭合，则电阻R被短路，电路中的电流I＝URX＝310 A＝0.3 A，由闭合电路的欧姆定律得E＝U＋Ir，断开S2后，电流I′＝U′RX＝110 A＝0.1 A，故E＝U′＋I′(R＋r)，两式联立并代入数据得：E＝3.2 V，r＝0.50 Ω.
答案：(1)10　b　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50
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