實(shí)驗(yàn)八　描繪小電珠的伏安特性曲線

1、實(shí)驗(yàn)八描繪小電珠的伏安特性曲線考綱解讀 1.掌握滑動(dòng)變阻器的使用方法及連接方式.2.掌握伏安特性曲線的描繪方法.3.理解小電珠的伏安特性曲線為什么不是一條直線基本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)原理(1)測(cè)多組小電珠的U、I的值，并繪出IU圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)器材小電珠“3.8 V,0.3 A”、電壓表“03 V15 V”、電流表“00.6 A3 A”、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆3實(shí)驗(yàn)步驟(1)畫出電路圖(如實(shí)驗(yàn)原理圖甲)(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示的電路(3)測(cè)量與記錄移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位置

2、，測(cè)出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格中(4)數(shù)據(jù)處理在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，I為縱軸，建立直角坐標(biāo)系在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)，就得到小電珠的伏安特性曲線4實(shí)驗(yàn)器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便(2)具體要求電源允許的最大電流不小于電路中的實(shí)際最大電流干電池中電流一般不允許超過(guò)0.6 A.用電器的額定電流不能小于通過(guò)該用電器的實(shí)際最大電流電壓表或電流表的量程不能小于被測(cè)電壓或電流的最大值電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上從便于操作的角度來(lái)考慮，限流式接法要選用與待測(cè)電阻相近的滑動(dòng)變阻器，分壓式接法要選用較小阻值的

3、滑動(dòng)變阻器規(guī)律方法總結(jié)1滑動(dòng)變阻器的限流式接法和分壓式接法比較兩種接法的電路圖負(fù)載R上電壓的調(diào)節(jié)范圍UE0UE負(fù)載R上電流的調(diào)節(jié)范圍I0I2.兩種接法的適用條件(1)限流式接法適合測(cè)量阻值較小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的最大電阻還小)(2)分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻(一般比滑動(dòng)變阻器的最大電阻要大)3注意事項(xiàng)(1)電路的連接方式：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，與量程為0.6 A的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大滑動(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

4、到使小電珠分得電壓為零的一端，使開關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓能從零開始變化，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(guò)大而燒壞燈絲(3)IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差4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，會(huì)帶來(lái)誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值(2)測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來(lái)誤差(3)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和電路設(shè)計(jì)例1(2013·天津·9(3)要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作乙選用的器材有：

5、電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 )；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)；電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的_(填字母代號(hào))A滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)B滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖_(填字母代號(hào))實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線如圖1所示如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為1.5 V、內(nèi)阻為5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W.圖1解析測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線，要求能較大范圍地測(cè)量數(shù)據(jù)，所以控制電路部分應(yīng)用分壓式接法，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用最大阻值較小和額定電流較大的A.

6、因?yàn)樾襞輧啥说碾妷河闪阒饾u增加到3 V，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法燈泡的電阻R15 ，額定電流I0.2 A，由R15 < ，依據(jù)公式法“大內(nèi)小外”的原則，可知電流表應(yīng)采用外接法，故選B.在燈泡的IU圖上作出電源的IU圖線，交點(diǎn)坐標(biāo)即為這個(gè)電源給這個(gè)燈泡供電時(shí)的電壓和電流，此時(shí)P燈IU0.1×1 W0.1 W.答案AB0.1變式題組1實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì)在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，除有一標(biāo)有“6 V1.5 W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A直流電源6 V(內(nèi)阻不計(jì))B直流電流表03 A(內(nèi)阻0.1 以下)C直流電流表0300 mA(內(nèi)阻約為5 )D直流電壓表010

7、V(內(nèi)阻約為15 k)E滑動(dòng)變阻器10 ，2 AF滑動(dòng)變阻器1 k，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)試將圖2所示器材連成實(shí)驗(yàn)電路圖2答案(1)CE(2)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(3)實(shí)物圖連線如圖所示解析(1)I額 A250 mA，故電流表應(yīng)選C.因要求小電珠兩端的電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器用分壓式接法，應(yīng)選較小阻值的E.2電路設(shè)計(jì)某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)一電學(xué)元件，該電學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過(guò)6 mA，最大電壓不超過(guò)7 V”，同學(xué)們想通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪出該電學(xué)元

8、件的伏安特性曲線，他們?cè)O(shè)計(jì)的一部分電路如圖3所示，圖中定值電阻R1 k，用于限流；電流表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 ；電壓表(未畫出)量程為10 V，內(nèi)阻約為10 k；電源電動(dòng)勢(shì)E為12 V，內(nèi)阻不計(jì)圖3(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇：A阻值0200 ，額定電流0.3 AB阻值020 ，額定電流0.5 A應(yīng)選擇的滑動(dòng)變阻器是_(填“A”或“B”)正確接線后，測(cè)得數(shù)據(jù)如下表：次數(shù)12345678910U/V0.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I/mA0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.00(2)由以上數(shù)據(jù)

9、分析可知，電壓表并聯(lián)在M與_之間(填“O”或“P”)(3)將電路圖在虛線框中補(bǔ)充完整(4)從表中數(shù)據(jù)可知，該電學(xué)元件的電阻特點(diǎn)是：_.答案(1)B(2)P(3)如圖所示(4)當(dāng)元件兩端的電壓小于6 V時(shí)，元件的電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端的電壓大于6 V時(shí)，隨著電壓的升高元件的電阻變小解析(1)利用分壓式接法時(shí)，應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，這樣便于調(diào)節(jié)(2)從表中數(shù)據(jù)看，由于被測(cè)元件的電阻大約為1 k以上，對(duì)照電壓表、電流表的內(nèi)阻，應(yīng)用電流表內(nèi)接法，電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與P之間(4)從表中數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)元件兩端的電壓小于6 V時(shí)，元件的電阻非常大，不導(dǎo)電；當(dāng)元件兩端的電壓大于6 V時(shí)，隨著

10、電壓的升高元件的電阻變小電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的思路與方法1首先應(yīng)明確題目的要求，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)2在測(cè)量電路中，一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方法，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)為電流表內(nèi)接法；若Rx<R0，則設(shè)計(jì)為電流表外接法；若電表量程不合適，往往還要用定值電阻對(duì)電表進(jìn)行改裝3控制電路分滑動(dòng)變阻器的分壓式和限流式兩種接法，兩種接法的選擇方法如下：(1)采用限流式接法時(shí)不能控制電流(或電壓)滿足實(shí)驗(yàn)要求，即滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，待測(cè)電

11、阻上的電流(或電壓)仍超過(guò)電流表(或電壓表)的量程，或超過(guò)待測(cè)電阻的額定電流(或額定電壓)，則必須選用分壓式接法(2)若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器的最大電阻大得多，以致在限流電路中，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范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓式接法(3)若實(shí)驗(yàn)中要求測(cè)量電路中電壓從零開始變化，則必須采用分壓式接法(4)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、耗能低考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析例2物理興趣小組的同學(xué)們從實(shí)驗(yàn)室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清他們想測(cè)定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測(cè)出該小

12、燈泡的電阻約為2 ，然后根據(jù)公式計(jì)算出該小燈泡的額定電壓U V1.22 V他們懷疑所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用下面可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，測(cè)量通過(guò)小燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)繪制小燈泡的UI圖線，進(jìn)而分析小燈泡的額定電壓A電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻約3 k)B電流表A1(量程150 mA，內(nèi)阻約2 )C電流表A2(量程500 mA，內(nèi)阻約0.6 )D滑動(dòng)變阻器R1(020 )E滑動(dòng)變阻器R2(0100 )F電源E(電動(dòng)勢(shì)4.0 V，內(nèi)阻不計(jì))G開關(guān)S和導(dǎo)線若干H待測(cè)小燈泡L(額定功率0.75 W，額定電壓未知)(1)在下面所給的虛線框中畫出他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，指出

13、上述器材中，電流表選擇_(填“A1”或“A2”)；滑動(dòng)變阻器選擇_(填“R1”或“R2”)(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該同學(xué)將小燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當(dāng)電壓達(dá)到1.23 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到2.70 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡已過(guò)亮，便立即斷開開關(guān)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄在下邊表格中.次數(shù)1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310請(qǐng)你根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖4中作出燈泡的UI圖線圖4(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為_V；這一結(jié)果大于1.23 V，其原因是_解析(1)根據(jù)PI2R，估算出燈泡的電流大約是600 mA，因

14、此電流表應(yīng)選A2；本實(shí)驗(yàn)要描繪出燈泡的UI圖線，需要測(cè)量多組數(shù)據(jù)，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，所以應(yīng)選阻值較小的R1；小燈泡電阻較小，電流表應(yīng)外接(2)如圖所示(3)由PUI0.75 W，再結(jié)合圖象可知U額2.5 V；小燈泡的額定電壓大于1.23 V的原因是小燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻答案(1)電路原理圖如圖所示A2R1(2)見(jiàn)解析圖(3)2.5(2.42.6均可)小燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻(或小燈泡的電阻隨溫度的升高而變大)變式題組3電路連接和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理為了測(cè)量一個(gè)標(biāo)有“12 V5 W”的小燈泡在不同電壓下的功率，給定了以下器材：電源：12 V，電阻不計(jì)；電流表：00

15、.6 A,03 A，內(nèi)阻可忽略；電壓表：03 V,015 V，內(nèi)阻很大；滑動(dòng)變阻器：阻值范圍020 ，允許通過(guò)的最大電流為1 A；開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí)要求加在小燈泡兩端的電壓可從0調(diào)到12 V.(1)將圖5甲中的實(shí)物圖連接完整圖5(2)某位同學(xué)測(cè)得小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，某次測(cè)量時(shí)，通過(guò)小燈泡的電流大小為0.40 A，則此時(shí)加在它兩端的電壓為_V，此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為_ W.答案(1)見(jiàn)解析(2)62.4解析(1)由于要求小燈泡兩端的電壓可從0調(diào)到12 V，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法又因電流表內(nèi)阻可忽略，則電流表采用內(nèi)接法、外接法均可以，實(shí)物連接如圖(2)由IU圖線得，當(dāng)I0.

16、40 A時(shí)，U6 V，故小燈泡的實(shí)際功率為PIU2.4 W.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，要測(cè)量一個(gè)標(biāo)有“3 V1.5 W”的小燈泡兩端的電壓和通過(guò)它的電流，現(xiàn)有如下器材：A直流電源3 V(內(nèi)阻可不計(jì))B直流電流表0600 mA(內(nèi)阻約為0.5 )C直流電壓表03 V(內(nèi)阻約3 k)D滑動(dòng)變阻器(10 ，1 A)E滑動(dòng)變阻器(1 k，300 mA)F開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選用_(填“D”或“E”)(2)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖6所示的坐標(biāo)紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線U/VI/A000.50.171.00.30

17、1.50.392.00.452.50.49圖6(3)如圖7所示，將兩個(gè)這樣的小燈泡并聯(lián)后再與阻值為5 的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒定為4 V的電路上，每個(gè)小燈泡的實(shí)際功率為_W.圖7答案(1)D(2)見(jiàn)解析圖(3)0.3解析(1)實(shí)驗(yàn)中需測(cè)量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器用分壓式接法，為了調(diào)節(jié)方便，滑動(dòng)變阻器用阻值較小的，故選D；(2)描點(diǎn)畫圖，如圖所示(3)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U，電流為I，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：U0U2IR0，所以U2R0IU0，代入數(shù)據(jù)得U10I4，在小燈泡的伏安特性曲線同一坐標(biāo)系上畫出該直線，其交點(diǎn)(U，I)即為小燈泡的實(shí)際電壓、電流值，可得小燈泡消耗的實(shí)際功率PUI0.3

18、W.考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新例3二極管是一種半導(dǎo)體元件，電路符號(hào)為，其特點(diǎn)是具有單向?qū)щ娦阅硨?shí)驗(yàn)小組要對(duì)一只二極管正向接入電路時(shí)的伏安特性曲線進(jìn)行測(cè)繪探究據(jù)了解，該二極管允許通過(guò)的最大電流為50 mA.(1)該二極管外殼的標(biāo)識(shí)模糊了，同學(xué)們首先用多用電表的歐姆擋來(lái)判斷它的正、負(fù)極：當(dāng)將紅表筆接觸二極管的左端、黑表筆接觸二極管的右端時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針的偏角比較小，當(dāng)交換表筆再次測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針有很大偏轉(zhuǎn)，由此可判斷_ (填“左”或“右”)端為二極管的正極(2)實(shí)驗(yàn)探究中他們可選器材如下：A直流電源(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))B滑動(dòng)變阻器(020 )C電壓表(量程15 V、內(nèi)阻約80 k)D電壓表(量程3 V

19、、內(nèi)阻約30 k)E電流表(量程0.6 A、內(nèi)阻約1 )F電流表(量程50 mA、內(nèi)阻約50 )G待測(cè)二極管H導(dǎo)線、開關(guān)為了提高測(cè)量精度，電壓表應(yīng)選用_，電流表應(yīng)選用_(填字母序號(hào))(3)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表，請(qǐng)?jiān)趫D8坐標(biāo)紙上畫出該二極管的伏安特性曲線.電流I/mA000.21.83.98.614.021.833.550.0電壓U/V00.500.751.001.251.501.752.002.252.50圖8(4)同學(xué)們將該二極管與阻值為100 的定值電阻串聯(lián)后接到輸出電壓恒為3 V的電源兩端，則二極管導(dǎo)通時(shí)定值電阻的功率為_ W.解析(1)調(diào)到歐姆擋時(shí)，在多用電表的內(nèi)部，電源的正極是接在

20、黑表筆上，負(fù)極是接在紅表筆上；(2)電源電壓只有3 V，所以電壓表選D；二極管允許通過(guò)的最大電流為50 mA，所以電流表選F.(4)在圖中畫出阻值為100 的定值電阻的伏安特性圖象，從圖中找出兩圖象電流相同且電壓之和等于3 V時(shí)的電流值大約是13 mA，則定值電阻的功率PI2R0.017 W.答案(1)左(2) DF(3)伏安特性曲線如圖所示(4)0.017(在0.0150.019范圍內(nèi)均可)拓展題組5實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新2013年12月14日晚上9點(diǎn)14分左右嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器平穩(wěn)降落在月球虹灣，并在4分鐘后展開太陽(yáng)能電池帆板這是中國(guó)航天器第一次在地外天體成功軟著陸，中國(guó)成為繼美國(guó)、前蘇聯(lián)之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國(guó)家太陽(yáng)能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒(méi)有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件某實(shí)驗(yàn)小組用測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法，探究一個(gè)太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)(沒(méi)有儲(chǔ)存電能)的IU特性所用的器材包括：太陽(yáng)能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)為了達(dá)到上述目的，應(yīng)選用圖9中的哪個(gè)電路圖：_(填“甲”或“乙”)圖9圖10(2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪出了如圖10所示的IU圖象由圖可知，當(dāng)電壓小于2.0 V時(shí)，太陽(yáng)能電池