【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線 新人教版選修3-1

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1、實(shí)驗(yàn)八　描繪小電珠的伏安特性曲線 一、滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法 1．兩種接法比較 方式 內(nèi)容 限流式接法 分壓式接法 對(duì)比說明 兩種接法電路圖 串、并 聯(lián)關(guān)系 不同 負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電 路調(diào)節(jié) 范圍大 負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 分壓電 路調(diào)節(jié) 范圍大 閉合S前觸頭位置 b端 a端 都是為了 保護(hù)電路 元件 由上表可以看出：滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大，限流式接法較節(jié)能． 2．兩種接法的選擇 (1) 選擇不同接法的原則 (2)兩種接法的適用條

2、件 ①限流式接法適合測(cè)量阻值小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的總電阻還小)． ②分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻(一般比滑動(dòng)變阻器的總電阻要大)． ③如果R很小，限流式接法中滑動(dòng)變阻器分得電壓較大，調(diào)節(jié)范圍也比較大．R很大時(shí)，分壓式接法中R幾乎不影響電壓的分配，滑片移動(dòng)時(shí)，電壓變化接近線性關(guān)系，便于調(diào)節(jié)． a．若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法． b．若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，

3、滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化不明顯，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路． c．若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式接法． d．兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、耗能低． 二、描繪小電珠的伏安特性曲線 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．描繪小電珠的伏安特性曲線． 2．分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律． 實(shí)驗(yàn)原理 1．用電流表測(cè)出流過小電珠的電流，用電壓表測(cè)出小電珠兩端的電壓，測(cè)出多組(U，I)值，在U－I坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來． 2．電流表外接：因?yàn)樾‰娭榈碾娮韬苄?，如果電流表?nèi)接，誤差明顯較大；滑動(dòng)

4、變阻器采用分壓式接法，使電壓能從零開始連續(xù)變化． 實(shí)驗(yàn)器材 小電珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一個(gè)、電壓表(0～3 V～15 V)與電流表(0～0.6 A～3 A)各一個(gè)、滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 Ω)一個(gè)、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆． 實(shí)驗(yàn)步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分 壓式接法，按圖1的原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路． 圖1 2．把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后閉合開關(guān)S. 3．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片位置，測(cè)出多組不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開

5、開關(guān)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 3.8 I(A) 4．拆除電路，整理儀器． 數(shù)據(jù)處理 1．在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(biāo)系． 2．在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)．(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜) 3．將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連結(jié)起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線． 誤差分析 1．由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對(duì)電路的影響會(huì)

6、帶來誤差． 2．電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差，要嚴(yán)格按照讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)． 3．在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差． 注意事項(xiàng) 1．電路的連接方式 (1)電流表應(yīng)采用外接法，因?yàn)樾‰娭?3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與0～0.6 A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大． (2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化. 2．閉合開關(guān)S前，滑動(dòng)變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓從零開始變化，同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲． 3．I－U圖線在U0＝1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U0＝1

7、.0 V左右描點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差． 4．電流表選擇0.6 A量程，電壓表量程的選擇視小電珠的額定電壓而定，即若使用“3.8 V,0.3 A”的小電珠，選用電壓表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小電珠，則選用電壓表的3 V量程． 5．當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加，到額定值記錄后馬上斷開開關(guān)． 6．誤差較大的點(diǎn)要舍去，I－U圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線． 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 一種測(cè)小電珠的電阻的準(zhǔn)確方法 實(shí)驗(yàn)原理：如圖2所示，兩個(gè)電壓表完全相同且內(nèi)阻很大．移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，調(diào)節(jié)電阻箱的示數(shù)，使兩個(gè)電壓表示數(shù)相同，則電阻箱的讀數(shù)即為小電珠電阻，記下小電珠的電阻和電壓；多次移

8、動(dòng)滑動(dòng)觸頭，采用相同方法，記下相應(yīng)電阻箱示數(shù)和 電壓表的讀數(shù)．在坐標(biāo)紙上畫出R－U圖線，并分析R隨U變化的規(guī)律． 圖2 在描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，由于電表內(nèi)阻的影響，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差使得小電珠的電阻測(cè)量不準(zhǔn)確.上述實(shí)驗(yàn)方法可以消除這種誤差，操作、讀數(shù)也較方便. 記憶口訣 電路連接是關(guān)鍵，先串后并把線連, 滑動(dòng)變阻要分壓，A表外接減誤差, 電壓從零開始調(diào)，U－I坐標(biāo)連曲線, 連好曲線細(xì)研究，得出規(guī)律記心間. 例1　圖3中所示器材為某同學(xué)測(cè)繪額定電壓為2.5 V的小燈泡的I－U特性曲線的實(shí)驗(yàn)器材． (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)驗(yàn)電路圖連接完整．

9、 圖3 (2)開關(guān)S閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________．(選填“A端”、“B端”或“AB中間”) (3)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表： U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/A 0.10 0.16 0.20 0.23 0.25 0.26 0.27 根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖4中畫出小燈泡的I－U特性曲線． 圖4 (4)若已知小燈泡燈絲在27 °C時(shí)電阻值約為1.5 Ω，并且其電阻值與燈絲的熱力學(xué)溫度成正比，試估算該小燈泡以額定功率工作時(shí)燈絲的溫度約為______°C.(保留三位有效數(shù)字)

10、 例2　某同學(xué)想描繪某一熱敏電阻的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室提供下列器材： A．電壓表V(量程為0～5 V，內(nèi)阻約5 kΩ) B．電流表A1(量程為0～25 mA，內(nèi)阻約為0.2 Ω) C．電流表A2(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω) D．滑動(dòng)變阻器R1(0～10 Ω，額定電流1.5 A) E．滑動(dòng)變阻器R2(0～1 000 Ω，額定電流0.5 A) F．定值電阻R0(R0＝1 000 Ω) G．直流電源(電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)) H．電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干 (1)該同學(xué)選擇了適當(dāng)?shù)钠鞑慕M成描繪伏安特性曲線的電路，得到熱敏電阻電壓和電流的7組數(shù)據(jù)(如下表)，請(qǐng)你在圖5中

11、作出熱敏電阻的伏安特性曲線. 電壓U(V) 0.0 1.0 2.0 2.4 3.0 3.6 4.0 電流I(mA) 0.0 1.6 5.8 8.0 11.8 16.0 20.0 圖5 (2)由此曲線可知，該熱敏電阻的阻值隨電壓的增大而________(選填“增大”或“減小”)．該同學(xué)選擇的電流表是________(選填“B”或“C”)，選擇的滑動(dòng)變阻器是________(選填“D”或“E”)． (3)請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出該同學(xué)完成此實(shí)驗(yàn)的電路圖(熱敏電阻符號(hào)為) 23.實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的思路與方法 電路設(shè)計(jì)也是高考實(shí)驗(yàn)題中?？碱}型之一．首先應(yīng)明確題

12、目的要求，看清題目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路等．其設(shè)計(jì)原則是：安全、方便、經(jīng)濟(jì)．任何實(shí)驗(yàn)電路都由測(cè)量電路和控制電路構(gòu)成，測(cè)量電路又由電表和被測(cè)元件構(gòu)成，而控制電路由變阻器、開關(guān)、電源構(gòu)成．在測(cè)量電路中，一般由電流表內(nèi)接和外接兩種方式，對(duì)于給定電表內(nèi)阻的情況，應(yīng)先比較R0與待測(cè)電阻Rx的關(guān)系，其中R0＝，若Rx>R0，則設(shè)計(jì)為內(nèi)接；若Rx

13、限流方式，但下面三種情形必須設(shè)計(jì)為分壓式接法：①數(shù)據(jù)要求從0開始；②變阻器阻值太小、限流限不住；③變阻器調(diào)節(jié)時(shí)，不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)． 例3　某同學(xué)為了描繪一個(gè)標(biāo)有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實(shí)驗(yàn)室尋找到了一些儀器，但沒找到電壓表，找到的器材規(guī)格如下： A．電流表A1(0～0.5 A，內(nèi)阻為0.5 Ω) B．電流表A2(0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.3 Ω) C．電阻箱R1(0～9 999.9 Ω，最小調(diào)節(jié)量0.1 Ω) D．電阻箱R2(0～99.9 Ω)，最小調(diào)節(jié)量0.1 Ω) E．滑動(dòng)變阻器R3(0～50 Ω，額定電流為1.5 A) F．滑動(dòng)變阻器R4

14、(0～5 Ω，額定電流為3 A) G．16 V直流電源 H．開關(guān)、導(dǎo)線若干，待測(cè)燈泡 利用現(xiàn)有器材，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，請(qǐng)你替這位同學(xué)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)． (1)畫出實(shí)驗(yàn)原理圖； (2)以上器材中電阻箱應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(填代號(hào))． (3)寫出小燈泡兩端電壓的表達(dá)式，并說明式中符號(hào)的意義： _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________

15、_________. 1．描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示，所用小 電珠的額定電壓是3.8 V．關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，下列說 法中正確的是 (　　) A．系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的 B．系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的 圖6 C．系統(tǒng)誤差主要是由于忽略電源內(nèi)阻引起的 D．系統(tǒng)誤差主要是由讀數(shù)時(shí)的估讀引起的 2．為探究小電珠L(zhǎng)的伏安特性，連好如圖7所示的電路后閉合開關(guān)S，通 過移動(dòng)變阻器的滑片，使小電珠中的電流由零開始逐漸增大，直到小電 珠正常發(fā)光

16、，由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的U－I圖象應(yīng)是 圖中的 (　　) 圖7 3．在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有：電動(dòng)勢(shì)為6 V的電源，額定電壓為2.5 V的小燈泡，以及符合實(shí)驗(yàn)要求的滑動(dòng)變阻器、電表、開關(guān)和導(dǎo)線．要求能測(cè)出盡可能多組數(shù)據(jù)．圖8是沒有連接完整的實(shí)物電路．(已連接好的導(dǎo)線有a、b、c、d、e、f六根) 圖8 (1)請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物電路連接完整； (2)連好電路，閉合開關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示 數(shù)

17、，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，則故障的原因可能是________________________________ _____________________________________________________________________； (3)排除故障后閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向____端滑動(dòng)(選填“左”“右”)； (4)通過移動(dòng)滑片P，分別記下了多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)，并繪制成了如圖9所示的U－I圖象．根據(jù)U－I圖象提供的信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是________ W； 圖9 (5)圖線是曲線

18、而不是過原點(diǎn)的直線，原因是_______________________________ _______________________________________________________________________. 4．在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，除標(biāo)有“6 V　1.5 W”字樣的小電珠、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有下列器材： A．直流電源(6 V，內(nèi)阻不計(jì)) B．直流電流表(量程為3 A，內(nèi)阻0.1 Ω以下) C．直流電流表(量程為300 mA，內(nèi)阻約為5 Ω) D．直流電壓表(量程為10 V，內(nèi)阻約為15 kΩ) E．滑動(dòng)變阻器(10 Ω，2 A) F

19、．滑動(dòng)變阻器(1 kΩ，0.5 A) 實(shí)驗(yàn)要求小電珠兩端的電壓從零開始變化并能進(jìn)行多次測(cè)量． (1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用______．(均用序號(hào)表示) (2)在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖． (3)試將如圖10所示的器材連成實(shí)物電路． 圖10 圖11 5．發(fā)光晶體二極管是用電器上做指示燈用的一種電子元件．它的電路符號(hào)如圖11所示，正常使用時(shí),帶“＋”的一端接高電勢(shì)，帶“－”的一端接低電勢(shì),某同學(xué)用實(shí)驗(yàn)方法探究二極管的伏安特性,現(xiàn)測(cè)得它兩端的電壓U和通過它的電流I的數(shù)據(jù)如下表所示. U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0

20、 2.4 2.6 2.8 3.0 I/mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 13.0 19.0 24.0 30.0 37.0 (1)在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．(除電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器外；實(shí)驗(yàn)用電壓表V：內(nèi)阻RV約為10 kΩ，電流表mA：內(nèi)阻RA約為100 Ω) (2)在圖12中的小方格紙上用描點(diǎn)法畫出二極管的伏安特性曲線． 圖12 (3)根據(jù)(2)中畫出的二極管的伏安特性曲線，簡(jiǎn)要說明發(fā)光二極管的電阻與其兩端 電壓的關(guān)系：__________________________________________________________

21、______________________________________________________________________. 6．(2020·福建·19(2))某同學(xué)在探究規(guī)格為“6 V，3 W”的小電珠伏安特性曲線實(shí)驗(yàn) 中： (1)在小電珠接入電路前，使用多用電表直接測(cè)量小電珠的電阻，則應(yīng)將選擇開關(guān)旋至________擋進(jìn)行測(cè)量．(填選項(xiàng)前的字母) A．直流電壓10 V　　　 　B．直流電流5 mA C．歐姆×100 D．歐姆×1 (2)該同學(xué)采用圖13所示的電路進(jìn)行測(cè)量．圖中R

22、為滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～20 Ω，額定電流1.0 A)，L為待測(cè)小電珠，為電壓表(量程6 V，電阻20 kΩ)，為電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻1 Ω)，E為電源(電動(dòng)勢(shì)8 V，內(nèi)阻不計(jì))，S為開關(guān)． 圖13 Ⅰ.在實(shí)驗(yàn)過程中，開關(guān)S閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于最______端；(填“左”或“右”) Ⅱ.在實(shí)驗(yàn)過程中，已知各元件均無故障，但閉合開關(guān)S后，無論如何調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)總是調(diào)不到零，其原因是________點(diǎn)至________點(diǎn)的導(dǎo)線沒有連接好；(圖中的黑色小圓點(diǎn)表示接線點(diǎn)，并用數(shù)字標(biāo)記，空格 中請(qǐng)?zhí)顚憟D13中的數(shù)字) Ⅲ.該同學(xué)描繪出小電珠的伏安特性

23、曲線示意圖如圖14所示，則小 電珠的電阻值隨工作電壓的增大而________．(填“不變”、“增 大”或“減小”) 圖14 答案 課堂探究 例1　(1)如圖所示 (2)A端 (3)如圖所示 (4)1.64×103(1.58×103～1.65×103均對(duì)) 例2　(1)如下圖所示　(2)減小　B　D (3)如圖所示 例3　(1)如圖所示 (2)R1　R4 (3)(I2－I1)R1－I1RA1 I1、I2分別是A1、A2的讀數(shù)，R1、RA1分別是R1、A1的阻值 隨堂訓(xùn)練 1．A　2.C 3．(1)連線如圖所示 (2)c段導(dǎo)線斷路或燈泡損壞 (3)右　(4)0.5　(5)小燈泡的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大 4．(1)C　E　(2)(3)見解析圖 5．(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示 (2)伏安特性曲線如圖所示 (3)發(fā)光二極管的電阻隨其兩端電壓的增大而呈現(xiàn)非線性減小 6．(1)D　(2)Ⅰ.左?、?1　5(或5　1)　Ⅲ.增大