【物理】2018届一轮复习人教版第8章实验9描绘小电珠的伏安特性曲线学案

【物理】2018届一轮复习人教版第8章实验9描绘小电珠的伏安特性曲线学案

实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线 ‎【基本要求】‎ 一、实验目的 ‎1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．‎ ‎2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．‎ ‎3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．‎ 二、实验原理 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．‎ 三、实验器材 小电珠“3.8 V　0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．‎ 四、实验步骤 ‎1．画出电路图(如实验原理图所示)．‎ ‎2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路．‎ ‎3．测量与记录：移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．‎ ‎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．‎ ‎(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．‎ ‎【方法规律】‎ 一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 限流式接法 分压式接法 电路图 负载R上电压的调节范围 ≤U≤E ‎0≤U≤E 负载R上电流的调节范围 ≤I≤ ‎0≤I≤ 二、两种接法的选择 ‎1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．‎ ‎2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．‎ 三、误差分析 ‎1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．‎ ‎2．测量时读数带来误差．‎ ‎3．在坐标纸上描点、作图带来误差．‎ 四、注意事项 ‎1．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接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．‎ ‎3．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．‎ ‎4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．‎ ‎　对电路设计和实验原理的考查 ‎　(2016·高考全国卷甲)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．‎ 实验步骤如下：‎ ‎①按电路原理图(a)连接线路；‎ ‎②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；‎ ‎③调节滑动变阻器，使电压表满偏；‎ ‎④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值．‎ 回答下列问题：‎ ‎(1) 实验中选择滑动变阻器________(填“R‎1”‎或“R‎2”‎)．‎ ‎(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线．‎ ‎(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．‎ ‎(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．‎ A．100 μA　　 B．250 μA C．500 μA 　 D．1 mA ‎[解析]　(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.‎ ‎(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00 V，电阻箱两端的电压为0.5 V，根据串联电路的分压原理，＝，求得电压表的内阻RV＝4×630.0 Ω＝2 520 Ω.‎ ‎(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝≈1 mA，D项正确．‎ ‎[答案]　(1)R1　(2)连线如图所示　(3)2 520　(4)D ‎　对数据处理和误差分析的考查 ‎　(2015·高考福建卷)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，‎ 实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接．‎ 甲 乙 ‎　丙 ‎(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，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甲实物接线图中完成余下导线的连接；‎ ‎(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；‎ ‎(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)．‎ ‎[解析]　(1)电流表示数要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图1所示．‎ ‎(2)电流表示数为‎0.44 A.‎ ‎(3)当外电路的总电阻与电源内阻相等时 ‎，电源有最大的输出功率，即小电珠的总功率最大，此时R外＝r＝1 Ω，I＝＝ A＝‎1.5 A，U外＝＝1.5 V，即每只小电珠两端的电压为1.5 V，通过图象可知每只小电珠的电流为I0＝‎0.38 A，n＝≈4(只)；通过每只小电珠的电流为I0，两端电压为U，根据闭合电路欧姆定律得：U＋nI0r＝E，而U＋4I0＝3 V，U＝－4I0＋3 V，如图2所示，图线的交点纵、横坐标分别为U≈1.5 V，I0≈‎0.38 A，P＝UI0＝0.57 W，P总＝nP＝4×0.57 W＝2.28 W.‎ ‎[答案]　(1)见解析图1　(2)0.44　(3)4　2.28‎ 以本实验为背景，可以通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性等特点．本实验的创新改进之处主要集中在两点：‎ ‎1．数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．‎ ‎2．被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性或其电阻随温度变化的规律．‎ ‎　‎ ‎(2017·石家庄模拟)为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3 mA的电流表，E1为电动势为1.5 V、内阻约为1 Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关．‎ ‎(1)实验室中提供的滑动变阻器有两个：RA(0～150 Ω)，RB(0～500 Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(选填“RA”或“RB”)．‎ ‎(2)完成下面实验步骤：‎ ‎①调节温度，使Rt的温度达到t1；‎ ‎②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；‎ ‎③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数 R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；　‎ ‎④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律．‎ ‎(3)现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示．把该电阻与电动势为3.0 V、内阻不计的电源E2，量程为3.0 V 的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”．若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________(选填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75 Ω，则电压表刻度盘2.0 V处对应的温度数值为________℃.‎ ‎[解析]　(1)由电源的电动势为1.5 V，电流表量程为3 mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500 Ω，故滑动变阻器选择RB.‎ ‎(2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0.‎ ‎(3)由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝(100＋t)Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0 V时，Rt＝150 Ω，解得t＝50(℃)．‎ ‎[答案]　(1)RB　(2)②R1　③R2　R0　(3)b、c　50‎ 本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决．解决创新实验，考生克服恐惧心理很关键．　 ‎