2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义:第十四章 实验与探究 第3讲 Word版含答案.pdf
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1、第第 3 讲 电学实验讲 电学实验(一一) 实验 7:测绘小灯泡的伏安特性曲线 一、实验原理 用电流表测出流过小灯泡的电流, 用电压表测出小灯泡两端的电压, 测出多组(U, I)值, 在 I U 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. 二、实验电路图及器材 如图 1 所示. 图 1 小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(03 V15 V)与电流表(00.6 A3 A)各一 个、滑动变阻器(最大阻值 20 )一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、 坐标纸、铅笔. 三、实验步骤 1.确定电表量程,按照实验电路图连接电路. 2.将
2、滑动变阻器滑片滑到 a 端,闭合开关,使电压从 0 开始变化. 3.移动滑片,测出多组不同的电压与电流值. 4.在坐标纸上以 I 为纵轴,以 U 为横轴,建立坐标系.在坐标纸上描出各组数据所对应的点, 将各点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线. 5.拆除电路,整理器材. 四、实验器材选取 1.原则:(1)安全;(2)精确;(3)操作方便. 2.具体要求 (1)电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流.干电池中电流一般不允许超过 0.6 A. (2)用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流. (3)电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值. (4)电压表或电
3、流表的指针应偏转到满刻度的 以上. 1 3 (5)从便于操作的角度来考虑,限流式接法要选用与待测电阻阻值相近的滑动变阻器,分压式 接法要选用较小阻值的滑动变阻器. 五、电流表内接法与外接法的比较 电流表内接法电流表外接法 电路图 误差 原因 电流表分压 U测UxUA 电压表分流 I测IxIV 电阻 测量值 R测RxRARx U测 I测 测量值大于真实值 R测时,用电流表内接法.RVRA 七、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的比较 限流式接法分压式接法 两种接法的电路图 负载 R 上电压的调节范围 (电源内阻不计) UE RE RR00UE 负载 R 上电流的调节范围 (电源内阻不计) I E
4、 RR0 E R 0IE R 八、滑动变阻器两种接法的适用条件 1.限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻 器的最大电阻还小). 2.分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大). 九、常用电表的读数 对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许的 最大电压或电流,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可. (1)03 V 的电压表和 03 A 的电流表的读数方法相同, 此量程下的精确度分别是 0.1 V 和 0. 1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位. (2)
5、对于 015 V 量程的电压表,精确度是 0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即 读到 0.1 V. (3)对于 00.6 A 量程的电流表,精确度是 0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这 时要求“半格估读” ,即读到最小刻度的一半 0.01 A. 十、注意事项 1.实验前检查电表指针是否指零,不指零时,要先调零. 2.电流表外接,滑动变阻器采用分压式接法. 3.在小灯泡电压接近额定值时,要缓慢增加电压. 4.作 IU 图象时,注意坐标轴单位长度的选取,应使图象尽量分布在较大的坐标平面内,不 要画成折线. 例 1 (2018新力量联盟期末)某课外物理研究学习小组准备探究
6、一小灯泡的伏安特性, 其标 称功率值为 0.75 W, 额定电压值已模糊不清.他们想测定其额定电压值, 于是先用欧姆表直接 测出该灯泡的电阻约为 2 ,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压 U PR2 0.75 V1.22 V.他们怀疑所得电压值不准确,于是,设计了一个电路,测量通过小灯泡的电流和 它两端的电压,并根据测量数据来描绘小灯泡的 UI 图线,进而分析灯泡的额定电压. 电源采用两节干电池组成的电池组; 双量程电压表(中间接线柱 3 V,右边接线柱 15 V); 双量程电流表(中间接线柱 0.6 A,右边接线柱 3 A). (1)甲同学选择合适的器材,连好实物图如图 2 所示,乙同学检查
7、时发现了几处错误,请指出 其中的 2 处: _; _; 图 2 (2)甲同学正确调整电路后,共测得以下 8 组数据,已在图 3 坐标纸上描好了点,请在坐标纸 上完成 UI 图象. 序号电压/V电流/mA 10.000 20.2080 30.60155 41.00195 51.40227 61.80255 72.20279 82.70310 图 3 (3)由图象得出该灯泡的额定电压应为_ V,这一结果大于 1.22 V,其原因是 _. 答案 (1)滑动变阻器采用了限流式接法 电流表采用了内接法 (2)如图所示 (3)2.5(2.42.6均可) 灯泡的常温电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度
8、升高而变大). 变式 1 在某次“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,所选用的实验器材有 A.小灯泡“2.5 V 0.2 A” B.电流表 00.6 A3 A(内阻约 1 ) C.电压表 03 V15 V(内阻很大) D.滑动变阻器“2 A 10 ” E.电源(两节干电池) F.开关一个,导线若干 图 4 (1)在实验时小杰同学采用了如图 4 所示的实物电路,则具体实验操作前,该电路需改进的地 方有_. (2)在方框中画出正确的电路图. (3)当开关闭合后, 滑动变阻器的滑片从左向右滑动过程中, 灯泡始终不亮, 但电压表有示数, 则可能出现的故障是_. A.小灯泡灯丝断了 B.连接电源的导线断开
9、 C.电流表上某个接线柱与导线断开 D.开关接触不良造成断路 答案 (1)电流表应外接 电流表应选 0.6 A 量程 滑动变阻器滑片应置于最左侧 (2)如图所 示 (3)A 解析 (1)由于电压表内阻与小灯泡电阻的比值大于小灯泡电阻与电流表内阻的比值,故电流 表要外接;小灯泡额定电流为 0.2 A,电流表应选 0.6 A 量程;合上开关前,为了保护电表, 测量电路电压应最小, 故滑动变阻器滑片应置于最左侧.(3)电压表有示数说明电压表到电源是 接通的,A 正确. 变式 2 为描绘小灯泡 L(2.5 V 1.0 W)的伏安特性曲线, 某同学根据如下可供选择的器材设 计了如图 5 所示的电路(电路
10、还没有完全接好),可供选择的实验器材如下: 图 5 A.电流表(量程 0.6 A,内阻约 1 ) B.电压表(量程 3 V,内阻约 3 k) C.滑动变阻器(200 ,0.3 A) D.滑动变阻器(5 ,2 A) E.电池组(电动势约 3 V,内阻未知) F.开关,带夹子的导线若干 G.待测小灯泡 (1)实验中滑动变阻器应选择_(填“C”或“D”),请以笔画线代替导线将尚未连接好 的电压表连入电路中. (2)在该同学连接最后一根导线的 c 端到直流电源正极之前, 请指出其中仅有的两个不当之处 : ._;._. (3)改正上述两个不当之处后,他在测量中发现,无论如何调节滑动变阻器的滑片,电压表和
11、 电流表的示数均不能取到较小值,其原因可能是导线_(填图中导线代号)没有连接好. 答案 (1)D 如图所示 (2)连电路时没有断开开关 滑动变阻器的滑片没有移至 b 端 (3) 变式 3 (2016浙江 4 月选考18)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. 图 6 (1)部分连线的实物图如图 6 甲所示,请在图中完成实物连接图. (2)某次实验中,当电流表的示数为 0.18 A 时,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). A B C D 答案 (1)见
12、解析图 (2)1.50 0.27 (3)C 解析 (1)如图所示. (2)电压表的示数为 1.50 V,功率 PUI0.27 W. (3)温度变高,电阻变大,所以答案为 C. 变式 4 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 7 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; 图 7 (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
13、与电动势为 3 V、内阻为 1 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). 答案 (1)连线如图 (2)0.44 (3)4 2.28 解析 (1)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,因 此滑动变阻器采用分压式接法,小电珠电阻较小,电流表要外接. (2)电流表分度值为 0.02 A,可知读数为 0.44 A. (3)当电源的内阻与电路外电阻相等时,电源的输出功率最大,此时路端电压为 1.5 V,外接 总电阻为 1 ,由题图丙可知,当小电珠电压为 1.5 V 时,电流为 0.38 A,此时小电珠的电阻 为 R 4 ,因
14、此小电珠个数为 n 4,小电珠的总功率为 P4UI U I 1.5 0.38 R r 4 1 41.50.38 W2.28 W. 实验 8:探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 一、实验原理 根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径 d, 计算出横截面积 S, 并用伏安法 测出电阻 Rx,即可计算出金属丝的电阻率. 把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻 R. (R U I) 二、实验电路图及实物图 如图 8 所示, 图 8 被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(00.6 A),电压表(03 V),滑动变阻器(50 ),开关, 导线若干,游标卡尺,毫米刻度尺. 三、实验步
15、骤 1.在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值 d. 2.接好用伏安法测电阻的实验电路. 3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值 l. 4.把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置. 5.闭合开关, 改变滑动变阻器滑片的位置, 读出几组相应的电流表、 电压表的示数 I 和 U 的值, 填入记录表格内. 6.将测得的 Rx、l、d 值,代入 Rx 和 S中,计算出金属丝的电阻率. l S d2 4 四、数据处理 1.在求 Rx的平均值时可用两种方法 (1)用 Rx 分别算出各次的数值,再取平均值; U I (2)用 UI 图
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