- 2.58 MB
- 2021-05-19 发布
第
23
讲 电学实验
(1)
-
2
-
-
3
-
实验
(9)
实验
(10)
测绘小灯泡的伏安特性曲线
核心知识整合
1
.
实验原理图
-
4
-
实验
(9)
实验
(10)
2
.
实验目的
(1)
练习使用电流表和电压表。
(2)
描绘小灯泡的伏安特性曲线。
(3)
根据伏安特性曲线分析电流随电压变化的规律。
3
.
实验原理
(1)
通过调整滑动变阻器
,
改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流
,
用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流
,
绘制小灯泡的伏安特性曲线
,
进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律。
(2)
小灯泡电阻较小
,
所以电流表应采用外接法连入电路。
(3)
电压应从
“0”
开始变化
,
所以滑动变阻器采用分压式接法。
-
5
-
实验
(9)
实验
(10)
4
.
实验器材
小灯泡
“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
(
或电池组
)
、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。
-
6
-
实验
(9)
实验
(10)
5
.
实验步骤
(1)
画出实验电路图。
(2)
检查电表的指针是否指在
“0”
刻度线
,
若不是
,
应先进行机械调零。
(3)
将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成闭合电路。
(4)
调整滑动变阻器的滑片
,
使其处在合上开关时小灯泡两端的电压为零的位置上。
(5)
闭合开关
,
移动滑动变阻器的滑片
,
使小灯泡两端的电压由零增大至额定电压
,
分别读出上述过程中电压表、电流表的读数
,
同时观察小灯泡的发光情况
,
并将测量数据填入自己设计的表格中。拆除实验电路
,
整理实验器材。
-
7
-
实验
(9)
实验
(10)
6
.
数据处理
在坐标纸上以
U
为横坐标、
I
为纵坐标建立直角坐标系
,
并根据表中数据描点
,
用平滑的曲线连接各点得到
I-U
图线。
7
.
注意事项
(1)
本实验要作出
I-U
图线
,
要求测出一组包括零在内的电压、电流值
,
因此滑动变阻器采用分压接法。
(2)
本实验中
,
因被测小灯泡的电阻较小
,
因此实验电路必须采用电流表外接法。
(3)
实验时要根据小灯泡的额定电压选择电压表的量程。
(4)
因小灯泡的伏安特性曲线不是直线
,
故闭合开关
,
调节变阻器滑片的位置使小灯泡的电压逐渐增大时
,
可在电压表读数每增加一个定值
(
如
0.5 V)
时
,
读取一次电流值
,
不能任意调节电压、电流读数
;
但在
U=1 V
左右要适当多测几组数据
(
此时
I-U
曲线明显变化
)
。
-
8
-
实验
(9)
实验
(10)
(5)
开关闭合前滑动变阻器的滑片应在灯泡两端电压为零的位置。
(6)
两坐标轴选取的标度要合理
,
尽可能使根据数据画出的图线占满坐标纸
,
描点连线时要用平滑的曲线连线
,
注意曲线的斜率不是此状态下小灯泡的电阻。
-
9
-
实验
(9)
实验
(10)
关键能力提升
命题点一
实验原理与操作
【例
1
】
在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中
,
小灯泡额定电压为
2.5 V
、电流为
0.3 A
。
-
10
-
实验
(9)
实验
(10)
(1)
部分连线的实物照片如图甲所示
,
请完成实物连接图
;
(2)
某次实验中
,
当电流表的示数为
0.18 A,
电压表的指针如图乙所示
,
则电压为
V,
此时小灯泡的功率是
W;
(3)
正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的
(
填字母
)
。
-
11
-
实验
(9)
实验
(10)
答案
:
(1)
如解析图所示
(2)1.50
0.27
(3)C
解析
:
(1)
本实验中滑动变阻器应用分压式接法
,
由于电灯泡是小电阻
,
电流表应该外接
,
所以如图所示
;
(2)
两节电池电动势为
3 V,
电压表量程选择
3 V,
最小刻度为
0.1 V,
为十分之一估读法
,
读为
1.50 V,
灯泡功率为
P=UI=0.18×1.50 W
= 0.27
W;
(3)
在伏安特性曲线中
,
电阻大小
为
,
且通电时间越长
,
电阻越大
,
斜率越小
,
选项
C
正确。
-
12
-
实验
(9)
实验
(10)
方法技巧
滑动变阻器限流式接法和分压式接法
(
电池内阻不计
)
-
13
-
实验
(9)
实验
(10)
【例
2
】
在做
“
描绘小灯泡的伏安特性曲线
”
的实验中
,
实验室提供了以下器材
:
A.
小灯泡
(3.8 V,0.3 A)
B.
滑动变阻器
(5 Ω,2 A)
C.
电流表
(0~0.5 A,
内阻约
0.4 Ω)
D.
电压表
(0~5 V,
内阻约
10 kΩ)
E.
开关及导线若干
(1)
为实验测量误差尽可能小
,
电流表应选用
(
选填
“
内
”
或
“
外
”)
接法
;
(2)
为使小灯泡两端电压从零开始连续变化
,
滑动变阻器应选用
(
选填
“
限流式
”
或
“
分压式
”)
接法
;
-
14
-
实验
(9)
实验
(10)
(3)
综上所述
,
应选择甲图中的
电路进行实验
;
-
15
-
实验
(9)
实验
(10)
(4)
利用实验数据画出了如乙图所示的小灯泡伏安特性曲线。图中
,
坐标原点
O
到
P
点连线的斜率表示
,P
点横纵坐标的乘积表示
。则根据此图给出的信息可知
,
随着小灯泡两端电压的升高
,
小灯泡的电阻
(
选填
“
变大
”“
变小
”
或
“
不变
”)
。
-
16
-
实验
(9)
实验
(10)
思路点拨
电流表、电压表测电阻两种接法的比较选择
-
17
-
实验
(9)
实验
(10)
-
18
-
实验
(9)
实验
(10)
答案
:
(1)
外接法
(2)
分压式
(3)B
(
4)P
状态灯丝电阻的倒数
P
状态灯泡实际消耗的功率
变大
解析
:
(1)
灯泡正常发光时的电阻
:
,
电流表内阻约为
0.4 Ω,
电压表内阻约为
10 kΩ,
电压表内阻远大于灯泡电阻
,
电流表应采用外接法。
(2)
灯泡两端电压从零开始变化
,
滑动变阻器应采用分压接法。
(3)
电流表采用外接法、滑动变阻器采用分压接法
,
则应采用图
B
所示实验电路。
(4)
坐标原点
O
到
P
点连线的斜率表示小灯泡电阻的倒数
,P
点横纵坐标的乘积表示小灯泡消耗的电功率。则根据此图给出的信息可知
,
随着小灯泡两端电压的升高
,
小灯泡的电阻变大。
-
19
-
实验
(9)
实验
(10)
命题点二
实验数据处理
【例
3
】
某实验小组利用图甲的实物连线图
,
做测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验
,
该小组在实验时测得两组数据
,
第一组是电压从
0
逐渐增加到
2.5 V,
第二组是从
2.5 V
逐渐减小到
0,
将两组数据描在
I-U
图上
,
如图乙
,
第一组数据的数据点在图中是用
(
选填
“
○
”
或
“×”)
表示的。
-
20
-
实验
(9)
实验
(10)
另一实验小组用同样的电路实验
,
发现电压表示数的最大值只有
1.5 V,
检查电路正确并连接良好
,
而后将电路断开
,
用电压表直接接到这两节电池串联而成的电池组两端
,
电压表示数为
3.00 V
。请解释原因
:
。
答案
:
○
该实验小组所用的电池的内阻较大
解析
:
金属导体电阻随温度的变化而变化
,
第二组中由于开始时温度较高
,
故第二组在相同电压下测得的电阻应较大
,
第一组测出的电阻较小
;
因图象为
I-U
图象
,
其与原点连线的斜率表示电阻的倒数
,
故第一组数据是用
○
表示的。直接测量时为电源的电动势
,
而在接入电路时输出电压较小
,
故说明电源内阻较大。
-
21
-
实验
(9)
实验
(10)
【例
4
】
(2017
浙江名校协作体高二上
)
某实验小组进行
“
测绘小灯泡伏安特性曲线
”
的实验。所用小灯泡的额定电压为
5 V,
除了图甲中所提供的器材外
,
还有一个多用电表。
-
22
-
实验
(9)
实验
(10)
(1)
先将小灯泡从电路中单独取出
,
用多用电表的欧姆挡测量其阻值
,
选择开关和指针位置如图乙所示
,
则小灯泡阻值为
Ω
。
-
23
-
实验
(9)
实验
(10)
(2)
连接好如图甲所示的电路图
,
并使用多用电表的电压挡测量小灯泡的电压
,
红表笔应接触接线柱
(
选填
“a”“b”
或
“c”)
的金属部分
,
开关闭合前滑动变阻器滑片应置于变阻器的最
端
(
选填
“
左
”
或
“
右
”)
。
(3)
某同学根据测量结果绘制出的
U-I
图象如图丙所示
,
发现小灯泡在额定电压下的阻值跟多用电表测出的阻值相差较大
,
对这一结果解释合理的是
(
)
A.
多用电表只能粗测阻值
,
测出的阻值很不准确
B.
伏安法测电阻存在误差
,
所以由图丙得到的阻值很不准确
C.
用多用电表来测电压存在误差
,
所以由图丙得到的阻值很不准确
D.
由多用电表测的是常温下的灯泡阻值
,
而小灯泡在额定电压下发光时温度较高
,
阻值较大
答案
:
(1)1.2
(2)b
左
(
3)D
-
24
-
实验
(9)
实验
(10)
解析
:
(1)
由图可知
,
欧姆表挡位为
×1,
故读数为
:1.2×1 Ω=1.2 Ω;
(2)
电表在使用中应保证电流红进黑出
,
因此红表笔应接触
b
部分
;
由于实验中采用分压接法
,
因此开关闭合前滑片应置于变阻器最左端
,
以保证测量端电压最小
;
(3)
由于灯泡电阻随温度的增大而增大
,
因此工作时测量电阻要大于用多用电表测出的数据
,
故
D
正确
,ABC
错误。
易错警示
多用电表欧姆挡只能测量小灯泡在常温时的电阻
,
小灯泡正常工作后
,
温度升高
,
电阻升高
,
所以用多用电表欧姆挡测量出的小灯泡阻值
,
远远小于小灯泡铭牌上计算出的电阻值。
-
25
-
实验
(9)
实验
(10)
探究导体电阻与其影响因素
(
包括材料
)
的关系
核心知识整合
1
.
实验原理图
2
.
实验目的
(1)
探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系
(2)
熟悉螺旋测微器的使用和读数
-
26
-
实验
(9)
实验
(10)
3
.
实验原理
用控制变量法进行探究。保持横截面积和材料两个因素不变的条件下
,
改变导体长度
,
测出相应的电阻及导体长度
,
可得出电阻与导体长度关系。然后再依次研究电阻与另外两个因素的关系。
利用本实验结果
,
我们还可以测量导体的电阻率
,
如果要具体测量导体的电阻
,
为减小误差
,
要根据被测电阻的大小
,
合理选择电流表内接法或外接法。
如上图
,a
、
b
、
c
、
d
是四条不同的金属导体。在长度、横截面积、材料三个因素方面
,b
、
c
、
d
跟
a
相比
,
分别只有一个因素不同
;b
与
a
长度不同
,c
与
a
横截面积不同
,d
与
a
材料不同。图中四段导体是串联的
,
每段导体两端的电压与它们的电阻成正比
,
因此
,
用电压表分别测量
a
、
b
、
c
、
d
两端的电压
,
就能知道它们的电阻之比。
-
27
-
实验
(9)
实验
(10)
比较
a
、
b
的电阻之比与它们的长度之比
;
比较
a
、
c
的电阻之比与它们的横截面积之比
;
比较
a
、
d
的电阻是否相等。这样就可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系。改变滑动变阻器阻值
,
可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论。
-
28
-
实验
(9)
实验
(10)
4
.
实验器材
被测金属导体、螺旋测微器
(
或其他刻度尺
)
、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器、导线。
5
.
实验步骤
(1)
根据实验原理图
,
连接实物
,
让滑动变阻器接入电路部分电阻最大
,
闭合开关。
(2)
移动滑动变阻器到某一位置
,
记录
a
、
b
、
c
、
d
四条不同的金属导体材料两端的电压。
(3)
移动滑动变阻器位置若干次
,
每次都重新记录
a
、
b
、
c
、
d
四条不同的金属导体材料两端的电压。
(4)
梳理记录的数据
,
探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系。
-
29
-
实验
(9)
实验
(10)
6
.
实验结论
导体的电阻与导体的长度成正比
,
导体的电阻与导体的横截面积成反比
,
导体的电阻与导体材料的性质有关。
-
30
-
实验
(9)
实验
(10)
关键能力提升
命题点一
实验原理与操作
【例
5
】
(
实验原理和操作
)
在探究导体电阻与其影响因素的定量关系的实验中
:
(1)
某实验小组用如图甲所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究
,a
、
b
、
c
、
d
是四种金属丝。
①
实验小组讨论时
,
某同学对此电路提出异议
,
他认为
,
电路中应该串联一个电流表
,
只有测出各段金属丝的电阻
,
才能分析电阻与其影响因素的定量关系。你认为要不要串联电流表
?
并简单说明理由。
。
-
31
-
实验
(9)
实验
(10)
②
几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示
,
电路图中金属丝
a
、
b
、
c
分别为下表中编号为
A
、
B
、
C
的金属丝
,
则金属丝
d
应为下表中的
(
用表中编号
D
、
E
、
F
表示
)
。
-
32
-
实验
(9)
实验
(10)
(2)
该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后
,
想测定某金属丝的电阻率。
①
已测得金属丝长度为
l=80.00 cm,
直径为
d=1.6 mm
。
②
按图乙所示连接好电路
,
测量金属丝的电阻
R
。改变滑动变阻器的阻值
,
获得六组
I
、
U
数据描在图丙所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻
R=
Ω,
该金属丝的电阻率
ρ
=
Ω·m (
保留两位有效数字
)
。
-
33
-
实验
(9)
实验
(10)
-
34
-
实验
(9)
实验
(10)
答案
:
(1)
不需要
,
串联电路的电流处处相等
,
电压与电阻成正比
E
(2)0.52
1.3×10
-6
解析
:
(1)
①
串联电路的电流处处相等
,
串联电阻两端电压与电阻成正比
,
不需要测出电流
,
根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小。
②
探究影响电阻的因素
,
应采用控制变量法
,
实验已选
A
、
B
、
C
的金属丝
,
根据控制变量法的要求
,
应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同
,
因此
d
应选表中的
E
。
-
35
-
实验
(9)
实验
(10)
-
36
-
实验
(9)
实验
(10)
命题点二
实验数据处理
【例
6
】
小明用电学方法测量电线的长度。首先
,
小明测得电线铜芯的直径为
1.00 mm,
估计其长度不超过
50 m(
已知铜的电阻率为
1.75×10
-8
Ω·m)
。
现有如下实验器材
:
①
量程为
3 V
、内阻约为
3 kΩ
的电压表
;
②
量程为
0.6 A
、内阻约为
0.1 Ω
的电流表
;
③
阻值为
0~20 Ω
的滑动变阻器
;
④
内阻可忽略、输出电压为
3 V
的电源
;
⑤
阻值为
R
0
=4.30 Ω
的定值电阻
,
开关和导线若干。
小明采用伏安法测量电线电阻
,
正确连接电路后
,
调节滑动变阻器
,
电流表的示数从
0
开始增加
,
当示数为
0.50 A
时
,
电压表示数如图甲所示
,
读数为
V
。根据小明测量的信息
,
图乙中
P
点应该
(
选填
“
接
a”“
接
b”“
接
c”
或
“
不接
”),Q
点应该
(
选填
“
接
a”“
接
b”“
接
c”
或
“
不接
”)
。小明测得的电线长度为
m
。
-
37
-
实验
(9)
实验
(10)
答案
:
2.50
接
b
接
a
31.4
解析
:
由题图可得电压表量程为
3 V,
最小精度
0.1 V,
有效数字应该保留到
0.01 V,
示数应为
2.50 V;
被测量电阻属于小电阻
,
电流表应该外接
,P
点接
b,
题中要求电流表能从
0
开始变化
,
所以采取分压接法
,Q
点应接
a,
根据
,
联立可知长度为
31.4 m
。
-
38
-
实验
(9)
实验
(10)
【例
7
】
为测定一段电阻丝的电阻率
ρ
,
设计了如图甲所示的电路。
ab
是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝
,R
0
是阻值为
2 Ω
的保护电阻
,
滑片
P
与电阻丝接触始终良好。
-
39
-
实验
(9)
实验
(10)
-
40
-
实验
(9)
实验
(10)
(1)
实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示
,
其示数为
d=
mm
。
(2)
实验时闭合开关
,
调节
P
的位置
,
记录
aP
长度
x
和对应的电压
U
、电流
I
等相关数据
,
如下表
:
-
41
-
实验
(9)
实验
(10)
答案
:
(1)0.400(0.398~0.402
均可
)
(
2)
①
1.3×10
-6
或
1.2×10
-6
②
电流表的内阻为
2.0 Ω(
电流表的内阻
)
-
42
-
1
2
1
.(2018
浙江温州十五校联合体高一下
)
某同学在做
“
测绘小灯泡的伏安特性曲线
”
实验
,
现有如下实验器材
:
①
量程为
3 V
、内阻约为
3 kΩ
的电压表
;
②
量程为
0.6 A
、内阻约为
0.1 Ω
的电流表
;
③
阻值为
0~20 Ω
的滑动变阻器
;
④
内阻可忽略、输出电压为
3 V
的电源
;
⑤
额定电压是
2.5 V
的小灯泡
;
开关和导线若干。
-
43
-
1
2
(1)
该同学连接实验电路如图所示
,
闭合开关
S
前请老师检查
,
老师指出图中标示的
①
、
②
、
③
、
④
和
⑤
五根连线中有两处错误
,
错误连线是
(
选填
“
①
”“
②
”“
③
”“
④
”
或
“
⑤
”)
。
(2)
正确连线后
,
闭合开关
S
前
,
应将滑动变阻器滑片
C
移到
处
(
选填
“A”
或
“B”)
。调节滑动变阻器
,
电流表的示数从
0
开始增加
,
当示数为
0.50 A
时
,
电压表示数如图所示
,
读数为
V
。
(3)
正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的
。
-
44
-
1
2
答案
:
(1)
①④
(2)A
2.50
(3)C
解析
:
(1)
本题应采用滑动变阻器分压接法
,
同时电流表应采用外接法
;
电路图如题图所示
;
由图可知
,
①
线应接在滑动变阻器左下端接线柱上
;
④
导线应接在灯泡右侧接线柱或电流表接线柱上。
(2)
实验开始时为了保证实验仪器的正常使用
,
需要将
C
拨到最左端
,
即
A
处
,
此时测量部分电压为零。电压表的最小分度为
0.1 V,
需要估读到
0.01 V,
故读数为
2.50 V
。
(3)
由于灯泡内阻随温度的增大而增大
,
故对应的图象均为曲线
,
在
I-U
图象中应为斜率减小的曲线
;
故只有
C
正确。
-
45
-
1
2
2
.(2018
浙江
11
月选考
)
为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻
R
x
,
小明设计了如图
1
所示的电路
。
(1)
实验时
,
闭合开关
S,
滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变
,
将
c
点先后与
a
、
b
点连接
,
发现电压表示数变化较大
,
电流表示数基本不变
,
则测量时应将
c
点接
(
选填
“a
点
”
或
“b
点
”),
按此连接测量
,
测量结果
(
选填
“
小于
”“
等于
”
或
“
大于
”)R
x
的真实值。
(2)
根据实验测得的
6
组数据
,
在图
2
中描点
,
作出了
2
条图线。你认为正确的是
(
选填
“
①
”
或
“
②
”),
并由图线求出电阻
R
x
=
Ω
。
(
保留两位有效数字
)
-
46
-
1
2
-
47
-
1
2
答案
:
(1)a
小于
(2)
②
7.5
解析
:
(1)
由题中表述知
,c
先后与
a,b
试触
,
电压表变化比较大
,
故电流表的电阻对电路影响比较大
,
所以应该使用电流表外接法
,
即接
a
点
,
测量值比真实值偏小。
(2)
根据电路的接法
,
当电流为零时电压表示数也为零
,
故图线过原点
,
选
②
,
由斜率的倒数即为电阻阻值可知
,R=7.5 Ω
。