高考物理总复习检测与评估实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线

考点 2 描绘小电珠的伏安特性曲线 1.实验目的：通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并 分析曲线的变化规律. 2.实验原理：金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而 使得一段金属导体的电阻随温度变化而发生相应的变化.对一 只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差 几倍到几十倍.它的伏安特性曲线并不是一条直线，即灯丝的电
压由零增至额定电压的过程中，灯丝温度由室温升高到近 2000 ℃，
灯丝电阻率有明显增大，故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线. (2)实验用的小灯泡通常为“3.8 V 0.3 A”一类小电珠，其
在白炽状态下电阻很小，在室温下电阻更小，为减小实验误差，
测量电路应采用电流表外接法. (3)为使小灯泡上的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器 应采用分压式连接.
【自主检测】 2.(2013 年湛江二模)现要用伏安法描绘一只标值为“2.5 V 0.6 W”小灯泡的 I－U 图线，有下列器材供选用： A.电压表(0～3 V，内阻 3 kΩ；0～15 V，内阻 10 kΩ) B.电流表(0～0.6 A，内阻 0.5 Ω；0～3 A，内阻 0.1 Ω) C.滑动变阻器(10 Ω，2 A) D.滑动变阻器(100 Ω，1.0 A) E.蓄电池(电动势 6 V，内阻不计)
所画的 U－I 图线应为曲线，原因是金属的电阻率随温度的 升高而增大. 图象法处理数据，可根据图线找函数关系、确定图线方程，
平滑曲线还具有多次测量取平均值的效果，有时可根据图线发
现测量错误.近几年高考，频繁考查涉及小灯泡伏安特性曲线、
测量电池的电动势和内阻等内容.
【例 1】(2013 年淄博模拟)描绘小电珠的伏安特性曲线的 实验电路如图 S9-4 甲所示，所用小电珠的额定电压是 3.8 V. (1)关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是( A.系统误差主要由电压表的分流引起的 B.系统误差主要由电流表的分压引起的 C.系统误差主要由于忽略电源内阻引起的 D.系统误差主要由读数时的估读引起的

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【实验原理】 1.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。 2.电流表外接:因为小电珠的电阻较小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动 变阻器采用分压式,使电压能从零开始连续变化。
3.滑动变阻器两种接法的对比:
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休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时 间，你们休息一下眼睛，
看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一 动，久坐对身体不好哦~
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同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成 功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没 有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念，
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实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线
【实验目的】 1.掌握电流表、电压表的使用及读数方法。 2.掌握滑动变阻器的限流和分压两种接法。 3.会描绘小电珠的伏安特性曲线。 4.会分析小电珠的伏安特性曲线的变化规律。
【实验器材】 小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流 表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)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。
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4.三种必须用分压接法的情况: (1)若限流式不能保证安全,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电 流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或 电压),则必须选用分压式接法。 (2)若Rx≫R滑,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测 电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应改用分压电路。 (3)若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路。

【实验九】描绘小电珠的伏安特性曲线1.(2008山东理综23)（12分）2007年诺贝尔物理学奖授予两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。

材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。

若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻－磁感应强度特性曲线，其中R B 、R 0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。

为了测量磁感应强度B ，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值R B 。

请按要求完成下列实验（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场感应强度大小约为0.6～1.0T ，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。

要求误差较小。

提供的器材如下： A ．磁敏电阻，无磁场时阻值Ω=1500R B ．滑动变阻器R ，全电阻约Ω20 C ．电流表○，量程2.5mA ，内阻约Ω30 D ．电压表○，量程3V ，内阻约3k Ω E ．直流电源E ，电动势3V ，内阻不计F ．开关S ，导线若干（2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：AVRΩ根据上表可求出磁敏电阻的测量值=BB T。

结合图1可行待测磁场的磁感应强度=（3）试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？（4）某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻－磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？2.(2007山东理综23)（11分）检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。

可供使用的器材如下：A．待测滑动变阻器R x，全电阻约为5Ω（电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）B．电流表A1，量程0.6A，内阻约0.6ΩC．电流表A2，量程3A内阻约0.12ΩD．电压表V1，量程15V，内阻约15kΩE．电压表V2，量程3V，内阻约3kΩF．滑动变阻器R，全电阻约20ΩG．直流电源E，电动势3V，内阻不计H．游标卡尺I．毫米刻度尺J．电键S、导线若干（1）用伏安法测定R X的全电阻值，所选电流表为（填“A1”或“A2”），所选电压表为（填“V1”或“V2”）（2）画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路。

第八章实验九知识巩固练习1．某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整．可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表V1(0～3 V，内阻等于3 kΩ)电压表V2(0～15 V，内阻等于15 kΩ)电流表A1(0～200 mA，内阻等于10 Ω)电流表A2(0～3 A，内阻等于0.1 Ω)滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)滑动变阻器R2(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)定值电阻R3(阻值等于1 Ω)定值电阻R4(阻值等于10 Ω)定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)电源E(E＝6 V，内阻不计)(1)请在方框中画出实验电路图，并将各元件字母代码标在元件的符号旁．(2)该同学描绘出的I－U图像应是下列中的_____．【答案】(1)如图所示(2)B2．(2019年新乡模拟)实验室新进一批规格为“3 V ,1 W”的小灯泡．某物理兴趣小组想测绘小灯泡的伏安特性曲线，要求电压从0开始变化．现有电源E (4 V ，内阻不计)、滑动变阻器R (0～20 Ω，额定电流2 A)、多用电表、开关S 一个、导线若干、电流表A(0～0.6 A ，内阻约为1.0 Ω)、电压表V(0～3 V ，内阻约为3 kΩ)．(1)粗测小灯泡的电阻，应选择多用电表__________(填“×1”“×10”或“×100”)倍率的电阻挡．调零后，将表笔分别与小灯泡的两极连接，示数如图甲所示，结果为__________Ω.(2)请在图乙所示的虚线框内补画出满足实验要求的电路图． 【答案】(1)×1 4.2 (2)如图所示【解析】 (1)小电珠电阻R ＝U 2P ＝91 Ω＝9 Ω.粗测小电珠的电阻，应选择多用电表“×1”倍率的电阻挡．由图可知，测量结果为4.2 Ω.(2)测量灯泡的伏安特性曲线时要用到滑动变阻器分压接法．同时由于灯泡内阻较小，故应采用电流表外接法．对应的电路图如图所示．3．(2018年连云港模拟)小明同学想研究一段铅芯的伏安特性曲线，他连接了如图甲所示的实验电路．小亮同学认为小明的电路并不完善，他在该电路上增加了一条导线，得到了小明的认同．(1)请你用笔在图甲上加上这条导线．(2)对小亮改正后的电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于________(填“最左端”或“最右端”)．(3)闭合开关后，调节滑动变阻器，测得几组电压表和电流表的示数记录如下表：请根据表中的数据，在图乙坐标系中作出铅芯的I －U 图线．(4)由图像可知：随着温度升高，铅芯的电阻率________(填“增大”“减小”或“不变”)．【答案】(1)见解析(2)最左端(3)见解析(4)减小【解析】(1)要测量伏安特性曲线，应让电流由零开始调节，故应采用滑动变阻器分压接法，因此应接图甲中1或2中任一条．(2)由电路图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电流由零开始调节，滑片开始时应在最左端．(3)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图乙所示．(4)I－U图像中图像的斜率表示电阻的倒数，由图乙可知，斜率增大，则说明电阻减小，因长度和截面积不变，故说明电阻率减小．4. (2019年江西二模)用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得I－U图像如图甲所示．已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 Ω，电源电动势为6 V，内阻不计．(1)在如图乙所示的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图．要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大．(2)根据I－U图像可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐______(填“增大”或“减小”)，改变的阻值为______Ω.(3)在获得A →B 段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了______cm. 【答案】(1)电路图如解析图所示 (2)增大 5 (3)10【解析】 (1)滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，滑片左移灯泡电压变大，灯泡与滑动变阻器右半部分电阻丝并联，电路图如图所示．(2)由I －U 图像可知，从A 到B 的过程中，灯泡两端电压与电流之比增大，即灯泡的电阻逐渐增大．应用欧姆定律可知，电阻的改变量ΔR ＝R B －R A ＝U B I B －U A I A ＝60.3 Ω－30.2 Ω＝5 Ω.(3)设滑片在A 点时与灯泡并联的滑动变阻器阻值为R .此时灯泡两端电压即并联电压为U 并＝3 V ，滑动变阻器左半段电压为6 V －3 V ＝3 V ，通过灯泡的电流为I L ＝0.2 A ．由串、并联电路特点及欧姆定律可得⎝⎛⎭⎫3R ＋0.2(22.5－R )＝3，解得R ＝15 Ω.与灯泡并联的滑动变阻器电阻丝长度为1522.5×30 cm ＝20 cm ，在获得A →B 段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了30 cm －20 cm ＝10 cm.综合提升练习5．(2019年四川模拟)某实验小组研究两个未知元件X 和Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等．(1)使用多用电表粗测元件X的电阻，选择“×1”欧姆挡测量，示数如图甲a所示，读数为______Ω .据此应选择图甲中的______(填“b”或“c”)电路进行实验．(2)连接所选电路，闭合S，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐______(填“增大”或“减小”)，依次记录电流及相应的电压．将元件X换成元件Y，重复实验．(3)图乙a是根据实验数据作出的U－I图线．由图可判断元件______(填“X”或“Y”)是非线性元件．(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势E和内阻r，如图乙b所示．闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V．利用图乙a可算得E＝________V，r＝________Ω(结果均保留2位有效数字，视电压表为理想电压表)．【答案】(1)10b(2)增大(3)Y(4)3.20.506．某同学用伏安法测量导体的电阻．现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表．采用分压电路接线，图甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 Ω.(1)测R 1阻值的最优连接方式为导线①连接______(填“a ”或“b ”)、导线②连接______(填“c ”或“d ”)．(2)正确接线测得实验数据如下表．用作图法求得R 1的阻值为________Ω.(3)已知图乙中R 2与R 1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R 2的边长是R 1的110.若测R 2的阻值，则最优的连线应选______(填选项)．A ．①连接a ，②连接cB ．①连接a ，②连接dC ．①连接b ，②连接cD ．①连接b ，②连接d【答案】(1)a d (2)如解析图所示 4.55 (3)B【解析】(1)由题意可知，本实验采用分压接法，故导线②要与d 接通．由于电流表内阻与待测电阻阻值接近，因此只能采用电流表外接法以减小实验误差，故导线①应接a .(2)根据表中数据采用描点法可得出对应的图像如图所示．图像的斜率为电阻的阻值，则R ＝2.000.44Ω＝4.55 Ω .(3)R 2与R 1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，则根据R ＝ρLS 可知两电阻的阻值相等．因此测量方法与测①相同，故选B ．。