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1、實驗9　描繪小電珠的伏安特性曲線 一、實驗目的 1．描繪小電珠的伏安特性曲線． 2．分析伏安特性曲線的變化規(guī)律． 二、實驗原理 1．測多組小電珠的U、I的值，并繪出I-U圖象． 2．由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關(guān)系． 三、實驗器材 學生電源(4～6 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V,0.3 A)、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、坐標紙、導線若干． 四、實驗步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法，按實驗原理圖連接好實驗電路． 2．把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S. 3．移動滑動變阻

2、器滑片位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開開關(guān)S. U(V) 0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 I(A) 4.拆除電路，整理儀器． (2018·銀川月考)小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大．某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)(I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓)．實驗時用到的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(變化范圍0～10 Ω)、電源、小燈泡、電鍵、導線

3、若干. I/A 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U/V 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)在虛線框中畫出實驗電路圖．要求盡量減少實驗誤差． (2)在方格圖中畫出小燈泡的U-I曲線． 解析：(1)要研究小燈泡的伏安特性曲線，需要電壓從零開始，所以采用滑動變阻器的分壓接法，因為小燈泡的電阻和電流表的內(nèi)阻相接近，所以采用電流表的外接法，如圖所示． (2)將測得的數(shù)據(jù)在圖象上用描點法描出來，然后用平滑的曲

4、線連接． 答案：(1)圖見解析　(2)圖見解析 一、數(shù)據(jù)處理 1．在坐標紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標系． 2．在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點(坐標系縱軸和橫軸的標度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標紙為宜)． 3．將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線． 二、誤差分析 1．由于電壓表、電流表不是理想電表，電表內(nèi)阻對電路的影響會帶來誤差． 2．電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差． 3．在坐標紙上描點、作圖帶來操作誤差． 三、注意事項 1．電流表外接法：本實驗中被測小電珠燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法． 2．滑動變阻器應采用

5、分壓式連接 本實驗要作出U-I圖象，要求測出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓接法． 3．保護元件安全：為保護元件不被燒毀，開關(guān)閉合前變阻器滑片應位于圖中的a端．加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓． (2017·全國卷Ⅰ)某同學研究小燈泡的伏安特性．所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程3 V，內(nèi)阻3 kΩ)；電流表(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導線若干． (1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8 V的范圍

6、內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖． (2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示．由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(填“增大”“不變”或“減小”)． (3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率．閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為________W，最大功率為________W.(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) 解析：(1)小燈泡的電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡

7、的額定電壓超出電壓表的量程，需與R0串聯(lián)后接入電路．電路圖如圖所示． (2)I-U圖象中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大．根據(jù)電阻定律R＝ρ，得燈絲的電阻率增大． (3)當R＝0時，電源路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線甲所示．此時小燈泡功率有最大值． 當R＝9 Ω時，將R看作電源內(nèi)阻，則等效電源內(nèi)阻為10 Ω，其路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線乙所示．此時小燈泡功率有最小值． 取圖線甲與小燈泡伏安特性曲線交點： U1＝3.66 V，I1＝0.319 A， 小燈泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W. 取圖線乙與小燈泡伏安特性曲線交點： U2＝1.77 V，I2＝0

8、.222 A， 小燈泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W. 答案：(1)實驗電路原理如圖所示． (2)增大　增大　(3)0.39　1.17 以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性等特點． 1．以實驗原理及實驗方法為基礎(chǔ)，探究小燈泡功率與電壓的關(guān)系． 2．實驗對象的變遷 3．數(shù)據(jù)處理方式的改進 采用“DIS”數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行實驗數(shù)據(jù)的采集和處理． (2015·廣東卷)某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等．

9、 (1)使用多用電表粗測元件X的電阻．選擇“×1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖(a)所示，讀數(shù)為________Ω.據(jù)此應選擇圖中的________(填“b”或“c”)電路進行實驗． (2)連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，電流表的示數(shù)逐漸________(填“增大”或“減小”)，依次記錄電流及相應的電壓，將元件X換成元件Y，重復實驗． (3)圖(c)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U-I圖線，由圖可判斷元件________(填“X”或“Y”)是非線性元件． (4)該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R＝21 Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路如圖(d)所示．閉合S

10、1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V，可得E＝________V，r＝________Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，電壓表為理想電壓表)． 解析：(1)因倍率為“×1”，故指針所指的數(shù)字即為讀數(shù)，為10 Ω；由于待測電阻的阻值比電壓表的內(nèi)阻小得多，故采用電流表外接的方式測量電阻，即選擇b. (2)滑動變阻器的滑片P向右滑動時，由于加在待測電阻兩端的電壓逐漸增大，故電流表的示數(shù)也逐漸增大． (3)由圖(a)知，元件X的電流與電壓成正比，故為線性元件；而元件Y的電流與電壓不成正比，故Y是非線性元件． (4)由圖可知，線性元件的電阻為RX＝ Ω＝10 Ω，若S1、S2都閉合，則電阻R被短路，電路中的電流I＝＝ A＝0.3 A，由閉合電路的歐姆定律得E＝U＋Ir，斷開S2后，電流I′＝＝ A＝0.1 A，故E＝U′＋I′(R＋r)，兩式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得：E＝3.2 V，r＝0.50 Ω. 答案：(1)10　b　(2)增大　(3)Y　(4)3.2　0.50 6