2018届高中物理第一轮专题复习全套学案：选修3-1实验8

实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线一、滑动变阻器的限流接法和分压接法 1．两种接法比较接法较节能． 2．两种接法的选择(1) 选择不同接法的原则⎩⎪⎨⎪⎧安全性原则⎩⎪⎨⎪⎧不超量程在允许通过的最大电流以内电表、电源不接反方便性原则⎩⎪⎨⎪⎧ 便于调节便于读数经济性原则：损耗能量最小(2)两种接法的适用条件①限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．③如果R 很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．R 很大时，分压式接法中R 几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节． a ．若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法．b．若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化不明显，此时，应改用分压电路．c．若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法．d．两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．二、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．分析小电珠伏安特性曲线的变化规律．实验原理1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连续变化．实验器材小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．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，按图1的原理图连接好实验电路．图1 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，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.4数据处理1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．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结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．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，要严格按照读数规则读数．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，因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与0～0.6 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，滑动变阻器的触头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U0＝1.0 V左右描点要密，以防出现较大误差．4．电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即若使用“3.8 V,0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V量程．5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录后马上断开开关．6．误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．实验改进一种测小电珠的电阻的准确方法实验原理：如图2所示，两个电压表完全相同且内阻很大．移动滑动触头，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电阻，记下小电珠的电阻和电压；多次移动滑动触头，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．图2在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中，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、读数也较方便.记忆口诀电路连接是关键，先串后并把线连,滑动变阻要分压，A表外接减误差,电压从零开始调，U－I坐标连曲线,连好曲线细研究，得出规律记心间.例1图3中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5 V的小灯泡的I－U特性曲线的实验器材．(1)根据实验原理，用笔画线代替导线，将图中的实验电路图连接完整．图3(2)开关S闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于________．(选填“A端”、“B端”或“AB中间”)(3)实验中测得有关数据如下表：图4(4)若已知小灯泡灯丝在27 °C时电阻值约为1.5 Ω，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比，试估算该小灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为______°C.(保留三位有效数字)例2某同学想描绘某一热敏电阻的伏安特性曲线，实验室提供下列器材：A．电压表V(量程为0～5 V，内阻约5 kΩ)B．电流表A1(量程为0～25 mA，内阻约为0.2 Ω)C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)D．滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流1.5 A)E．滑动变阻器R2(0～1 000 Ω，额定电流0.5 A)F．定值电阻R0(R0＝1 000 Ω)G．直流电源(电动势6 V，内阻忽略不计)H．电键一个、导线若干(1)该同学选择了适当的器材组成描绘伏安特性曲线的电路，得到热敏电阻电压和电流的7组数据(如下表)，请你在图5中作出热敏电阻的伏安特性曲线.图5(2)由此曲线可知，该热敏电阻的阻值随电压的增大而________(选填“增大”或“减小”)．该同学选择的电流表是________(选填“B”或“C”)，选择的滑动变阻器是________(选填“D”或“E”)．(3)请在虚线框中画出该同学完成此实验的电路图(热敏电阻符号为)23.实验电路设计的思路与方法电路设计也是高考实验题中常考题型之一．首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或要求设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：安全、方便、经济．任何实验电路都由测量电路和控制电路构成，测量电路又由电表和被测元件构成，而控制电路由变阻器、开关、电源构成．在测量电路中，一般由电流表内接和外接两种方式，对于给定电表内阻的情况，应先比较R0与待测电阻R x的关系，其中R0＝R A R V，若R x>R0，则设计为内接；若R x<R0，则设计为外接；若电表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行改装．在控制电路中，变阻器有分压式、限流式两种接法，若变阻器阻值较小，一般设计为分压式；若变阻器阻值较大，一般设计为限流式，在二者都可行时，应先考虑限流方式，但下面三种情形必须设计为分压式接法：①数据要求从0开始；②变阻器阻值太小、限流限不住；③变阻器调节时，不能获取有区分度的多组数据．例3某同学为了描绘一个标有“12 V,6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，他到实验室寻找到了一些仪器，但没找到电压表，找到的器材规格如下：A．电流表A1(0～0.5 A，内阻为0.5 Ω)B．电流表A2(0～0.6 A，内阻约为0.3 Ω)C．电阻箱R1(0～9 999.9 Ω，最小调节量0.1 Ω)D．电阻箱R2(0～99.9 Ω)，最小调节量0.1 Ω)E．滑动变阻器R3(0～50 Ω，额定电流为1.5 A)F．滑动变阻器R4(0～5 Ω，额定电流为3 A)G．16 V直流电源H．开关、导线若干，待测灯泡利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实验．(1)画出实验原理图；(2)以上器材中电阻箱应选用________，滑动变阻器应选用________(填代号)．(3)写出小灯泡两端电压的表达式，并说明式中符号的意义：_______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________.1．描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如图6所示，所用小电珠的额定电压是3.8 V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是()A．系统误差主要是由电压表的分流引起的B．系统误差主要是由电流表的分压引起的图6C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的D．系统误差主要是由读数时的估读引起的2．为探究小电珠L的伏安特性，连好如图7所示的电路后闭合开关S，通过移动变阻器的滑片，使小电珠中的电流由零开始逐渐增大，直到小电珠正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是图中的()图73．在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源，额定电压为2.5 V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线．要求能测出尽可能多组数据．图8是没有连接完整的实物电路．(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根)图8(1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；(2)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是________________________________ _____________________________________________________________________；(3)排除故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2 V，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向____端滑动(选填“左”“右”)；(4)通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数，并绘制成了如图9所示的U－I图象．根据U－I图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是________ W；图9(5)图线是曲线而不是过原点的直线，原因是______________________________________________________________________________________________________. 4．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，除标有“6 V 1.5 W”字样的小电珠、导线和开关外，还有下列器材：A．直流电源(6 V，内阻不计)B．直流电流表(量程为3 A，内阻0.1 Ω以下)C．直流电流表(量程为300 mA，内阻约为5 Ω)D．直流电压表(量程为10 V，内阻约为15 kΩ)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(1 kΩ，0.5 A)实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．(1)实验中电流表应选用______，滑动变阻器应选用______．(均用序号表示)(2)在虚线框内画出实验电路图．(3)试将如图10所示的器材连成实物电路．图10图115．发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件．它的电路符号如图11所示，正常使用时,带“＋”的一端接高电势，带“－”的一端接低电势,某同学用实验方法探究二极管的伏安特性,现测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.V：内阻R V约为10 kΩ，电流表mA：内阻R A约为100 Ω)(2)在图12中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线．图12(3)根据(2)中画出的二极管的伏安特性曲线，简要说明发光二极管的电阻与其两端电压的关系：__________________________________________________________ ______________________________________________________________________. 6．(2011·福建·19(2))某同学在探究规格为“6 V，3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：(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 mAC．欧姆×100 D．欧姆×1(2)该同学采用图13所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，为电压表(量程6 V，电阻20 kΩ)，为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关．图13Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最______端；(填“左”或“右”)Ⅱ.在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；(图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图13中的数字)Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图14所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．(填“不变”、“增大”或“减小”) 图14答案课堂探究例1(1)如图所示(2)A端(3)如图所示(4)1.64×103(1.58×103～1.65×103均对)例2(1)如下图所示(2)减小B D(3)如图所示例3(1)如图所示(2)R1R4(3)(I2－I1)R1－I1R A1I1、I2分别是A1、A2的读数，R1、R A1分别是R1、A1的阻值随堂训练1．A 2.C3．(1)连线如图所示(2)c段导线断路或灯泡损坏(3)右(4)0.5(5)小灯泡的电阻会随温度的升高而增大4．(1)C E(2)(3)见解析图5．(1)实验电路图如图所示(2)伏安特性曲线如图所示(3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小6．(1)D(2)Ⅰ.左Ⅱ.15(或51)Ⅲ.增大。