新课标2022年高考物理一轮总复习实验九描绘小电珠的伏安特性曲线教案201908011113.docx
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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PUI2.5×0.5 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
10、联电阻为1.25 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
11、 ,5 A)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)
12、解析:(1)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 V2.5×2 V2 V,故R
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