高考物理 實(shí)驗(yàn)八 描繪小燈泡的伏安特性曲線

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1、實(shí)驗(yàn)八 描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律.實(shí)驗(yàn)原理增大溫度直線線性金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而_，從而使得金屬導(dǎo)體的電阻隨_變化而發(fā)生相應(yīng)的變化.一個(gè)燈泡，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻值可能相差幾倍到幾十倍.它的伏安特性曲線并不是一條_，即燈絲的電阻是非_的.本實(shí)驗(yàn)通過(guò)描繪伏安特性曲線的方法來(lái)研究鎢絲燈泡在某一電壓變化范圍內(nèi)其阻值的變化，從而了解它的導(dǎo)電特性.實(shí)驗(yàn)器材小燈泡、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙.實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)步驟(1)按電路圖連接好電路.實(shí)驗(yàn)電路圖如圖 S8-1 所示；實(shí)物接線圖如圖 S8-2

2、所示.圖 S8-1圖 S8-2(2)檢查無(wú)誤后，將滑片調(diào)節(jié)至最左邊附近，閉合電鍵，讀出一組 U、I 值，記錄在表格中.(3)再向右依次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片到不同位置，讀出十組不同的 U、I 值，記錄在表格中.(4)斷開電鍵，整理好器材.次序/n12345678910電壓/U電流/I數(shù)據(jù)分析(1)在坐標(biāo)紙上以 U 為橫軸，以 I 為縱軸，并選取適當(dāng)?shù)膯挝?(2)用描點(diǎn)法在坐標(biāo)紙上標(biāo)出各組 I、U 值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置.(3)用平滑曲線將各點(diǎn)依次連接起來(lái).(4)分析小燈泡伏安特性曲線的變化規(guī)律.實(shí)驗(yàn)分析誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無(wú)窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)誤差.(2)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作

3、圖會(huì)帶來(lái)誤差.注意事項(xiàng)(1)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，測(cè)量電路應(yīng)采用電流表外接法.(2)為使小燈泡上的電壓能從零開始連續(xù)變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接.【基礎(chǔ)檢測(cè)】某同學(xué)用如圖 S8-3 甲所示的電路測(cè)繪額定電壓為 3.0 V 的小燈泡 I-U 圖線，并研究小燈泡的實(shí)際功率與所加電壓的關(guān)系.甲乙圖 S8-3(1)根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實(shí)物圖連成完整的實(shí)驗(yàn)電路.(2)開關(guān) S 閉合之前，圖甲中滑動(dòng)變阻器 R 的滑片應(yīng)置于_(填“a 端”“b 端”或“ab 的正中間”).(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出的小燈泡的 I-U 圖線如圖 S8-4 所示，由此可確定小燈泡在電壓為 2.5 V 時(shí)的實(shí)際功

4、率為_(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字).圖 S8-4(4)已知小燈泡燈絲在 27 時(shí)的電阻是 1.5 ，并且其阻值與燈絲溫度的關(guān)系為 Rk(273t )，k 為比例常數(shù)，根據(jù) I-U圖線，估算該燈泡以額定功率工作時(shí)燈絲溫度約為_.解析：(1)根據(jù)電路圖，可得實(shí)物圖的連線如圖所示.圖 D24(2)開關(guān) S 閉合之前，應(yīng)使小燈泡兩端的電壓最小，故滑動(dòng)變阻器 R 的滑片應(yīng)置于 a 端.(3)由小燈泡的 I-U 圖線可知，當(dāng)電壓為 2.5 V 時(shí)，通過(guò)小燈泡的電流約為 0.39 A ，故小燈泡的實(shí)際功率 P UI 2.50.39 W0.975 W.(4)由小燈泡的 I-U 圖線可知，當(dāng)小燈泡正常工作時(shí)

5、，電壓7.14 ，則有 1.5k(27327 )，7.14k(273t )，解得 t1155 .答案：(1)如圖D24所示.(2)a端(3)0.975 W(4)1155控制方式限流式分壓式電路組成負(fù)載 RL 上電壓調(diào)節(jié)范圍0ULE考點(diǎn) 1 滑動(dòng)變阻器的分壓式與限流式的接法 重點(diǎn)歸納1.兩種控制電路的比較控制方式限流式分壓式負(fù)載 RL 上電流調(diào)節(jié)范圍閉合開關(guān)前觸頭應(yīng)處位置b 端a 端比較(1)分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大(2)限流電路能耗較小(續(xù)表)2.兩種控制電路的選擇(1)下列三種情況必須選用分壓式接法要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)(如測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性、校對(duì)改裝后的電表等

6、電路).當(dāng)用電器的電阻 RL 遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大值 R0，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大(或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù))時(shí)(因?yàn)槿粲孟蘖鞣?，RL 兩端電壓變化不明顯).若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓(或電流)的最小值仍超過(guò) RL 的額定值時(shí)，只能采用分壓接法.(2)下列情況可選用限流式接法測(cè)量時(shí)電路的電流或電壓沒(méi)有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測(cè)量，且 RL與 R0 接近或 RL略小于 R0 ，采用限流式接法.電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時(shí)，采用限流式接法.沒(méi)有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時(shí)，可考慮安裝簡(jiǎn)便和節(jié)能因素，采用限流式接法. 典

7、例剖析例 1：(2016 年貴州遵義三模)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究“小燈泡 L 的伏安特性曲線”，可供選用的器材如下：小燈泡 L，規(guī)格“4.0 V 0.7 A”；電流表電流表電壓表，量程 03 A，內(nèi)阻約為 0.1 ；，量程 00.6 A，內(nèi)阻 r20.2 ；，量程 03 V，內(nèi)阻 rV9 k；標(biāo)準(zhǔn)電阻 R1，阻值 1 ；標(biāo)準(zhǔn)電阻 R2，阻值 3 k；滑動(dòng)變阻器 R，阻值范圍 010 ；學(xué)生電源 E，電動(dòng)勢(shì) 6 V，內(nèi)阻不計(jì)；開關(guān) S 及導(dǎo)線若干.甲乙丙丁圖 S8-5(1)甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖 S8-5 甲所示的電路來(lái)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)通過(guò) L 的電流為 0.46 A 時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為

8、_V，此時(shí) L 的電阻為_.(2)乙同學(xué)又設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路來(lái)進(jìn)行測(cè)量，電壓表指針指在最大刻度時(shí)，加在 L 上的電壓值是_V.(3)學(xué)習(xí)小組認(rèn)為要想更準(zhǔn)確地描繪出燈泡 L 完整的伏安特性曲線，需要重新設(shè)計(jì)電路.請(qǐng)你在乙同學(xué)的基礎(chǔ)上利用所供器材，在圖丁所示的虛線框內(nèi)補(bǔ)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào).故示數(shù)為 2.30 V，根據(jù)歐姆定律 R解析：(1)因?yàn)殡妷罕淼牧砍虨?3 V，所以分度值為 0.1 V，2.30 V0.46 A5 .(2)串聯(lián)一個(gè)定值電阻，相當(dāng)于增加了電壓表的量程，因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻和 R2 之比為31，故根據(jù)歐姆定律可得電壓表兩端的電壓與電阻 R2 兩端的電壓之比為3

9、 1，因?yàn)殡妷罕頋M偏，故電壓表示數(shù)為 3 V，所以定值電阻 R2 兩端的電壓為 1 V，故 L上的電壓為 4 V.(3)首先電流表 的量程太大，誤差太大，應(yīng)使用電流表 ，而的量程小于小燈泡的額定電流，所以需要將電流表的量程并聯(lián)一個(gè)分流電阻，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖增大，所以給電流表S8-6甲或乙所示.甲乙圖 S8-6答案：(1)2.30 5 (2)4 (3)如圖 S8-6 甲或乙所示.【考點(diǎn)練透】1.(2016 年天津卷)某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V，0.3 A”字樣小燈泡 L 的伏安特性曲線，要求測(cè)量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整.可供該同學(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)線外，還有：電壓表 (量程 03 V，內(nèi)阻

10、等于 3 k)電壓表電流表電流表(量程 015 V，內(nèi)阻等于 15 k)(量程 0200 mA，內(nèi)阻等于 10 )(量程 03 A，內(nèi)阻等于 0.1 )滑動(dòng)變阻器 R1(010 ，額定電流 2 A)滑動(dòng)變阻器 R2(01 k，額定電流 0.5 A)定值電阻 R3(阻值等于 1 )定值電阻 R4(阻值等于 10 )定值電阻 R5(阻值等于 1 k)電源 E(E6 V，內(nèi)阻不計(jì))(1)請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁.(2)該同學(xué)描繪出的 I-U 圖象應(yīng)是下圖中的_.ACBD答案：(1)如圖 D25 所示. (2)B圖 D25考點(diǎn) 2 圖象法處理數(shù)據(jù) 重點(diǎn)歸納畫 I-U 圖線

11、時(shí)，不要畫成折線，要用平滑曲線連接，如果有個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍棄. 典例剖析例 2：(2015 年遼寧四校模擬)由金屬絲制成的電阻阻值會(huì)隨溫度的升高而變大.某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，親自動(dòng)手通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪這樣一個(gè)電阻器的伏安特性曲線.可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：A.待測(cè)電阻器 Rx(2.5 V,1.2 W)B.電流表C.電壓表(00.6 A，內(nèi)阻為 1 )(03 V，內(nèi)阻未知)D.滑動(dòng)變阻器(010 ，額定電流 1 A)I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/VE.電源(E3 V，內(nèi)阻 r1 )F.

12、定值電阻 R0(阻值 5 )G.開關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.(2)按照正確的電路圖，該同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：圖 S8-7其中，I 是電流表的示數(shù)，U 是電壓表的示數(shù)，UR 是電阻器兩端的實(shí)際電壓.請(qǐng)通過(guò)計(jì)算補(bǔ)全表格中的空格，然后在坐標(biāo)圖 S8-7 中畫出電阻器的伏安特性曲線.(3)該同學(xué)將本實(shí)驗(yàn)中的電阻器 Rx 以及給定的定值電阻 R0二者串聯(lián)起來(lái)，接在本實(shí)驗(yàn)提供的電源兩端，則電阻器的實(shí)際功率是_W.(計(jì)算結(jié)果保留 2 位小數(shù))解析：(1)要使電阻器兩端電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法.電路

13、如圖 S8-8 甲所示.甲乙圖 S8-8(2)電壓表的示數(shù)減去電流表的分壓即為電阻器兩端的電壓：URUIr，數(shù)據(jù)如下表所示.電阻器的伏安特性曲線如圖乙中的曲線所示.UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由URI(rR0)E 作出U-I 圖象如圖乙中直線所示，由此圖象與電阻器 U-I 圖線的交點(diǎn)可得此時(shí)電阻器的電壓 UR 0.9 V，電流 I0.35 A，電阻器的實(shí)際功率為 PUI0.32 W.答案：(1)如圖 S8-10 甲所示.(2)0.100.200.350.600.901.452.052.52如圖乙中的曲線所示.(3)0.32【考點(diǎn)練透】2.(20

14、16 年河南洛陽(yáng)一中模擬)有一個(gè)額定電壓為 2.8 V，功率約為 0.8 W 的小燈泡，現(xiàn)要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的 I-U 圖線，有下列器材供選用：A.電壓表(03 V，內(nèi)阻 6 k)B.電壓表(015 V，內(nèi)阻 30 k)；C.電流表(03 A，內(nèi)阻 0.1 )；D.電流表(00.6 A，內(nèi)阻 0.5 )；E.滑動(dòng)變阻器(10 ，2 A)；F.滑動(dòng)變阻器(200 ，0.5 A)；G.蓄電池(電動(dòng)勢(shì) 6 V，內(nèi)阻不計(jì)).甲乙丙圖 S8-9(1)某同學(xué)誤將電流表和電壓表接成如圖 S8-9 甲所示的電路，其他部分連接正確，接通電源后，小燈泡的發(fā)光情況是_.要求小燈泡的電壓從零開始增大，應(yīng)選擇圖乙中

15、的電路圖是_(填“a”或“b”).(2)用正確的電路進(jìn)行測(cè)量，電壓表應(yīng)選用_，電流表應(yīng)選用_.(用序號(hào)字母表示)(3)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_.(用序號(hào)字母表示)(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得此燈泡的伏安特性曲線如圖丙所示.由圖線可求得此燈泡在正常工作時(shí)的電阻為_.(5)若將此燈泡與電動(dòng)勢(shì) 6 V、內(nèi)阻不計(jì)的電源相連，要使燈泡正常發(fā)光，需串聯(lián)一個(gè)阻值為_的電阻.(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)解析：(1)由電路圖可知，電壓表串接在電路中，電路中的電阻很大，小燈泡不亮；要使電壓從零開始調(diào)節(jié)，應(yīng)采用分壓接法；故電路圖應(yīng)選擇 b；(2)由題意可知，燈泡的額定電壓為2.8 V，故電壓表的量程應(yīng)大于2.8 V，故電壓表應(yīng)選3 V 量程，故選A；由 PUI 可得，電流為 I0.82.8A0.29 A，故電流表應(yīng)選 D；(3)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用分壓接法，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選小電阻，故滑動(dòng)變阻器選 E；(4)由圖可知，當(dāng)電壓為 2.8 V 時(shí)，電流為 0.28 A，故電阻(5)要使燈泡串聯(lián)在 6 V 的電源上正常工作，則與之串聯(lián)的電阻的電壓應(yīng)為 6 V2.8 V3.2 V；此時(shí)電路中電流為 0.28 A，故應(yīng)串聯(lián)的電阻 R3.20.2811.4 .答案：(1)不亮 b (2)A D (3)E (4)10 (5)11.4