小灯泡的伏安特性曲线全解
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①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若
滑变动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若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,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
得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变
化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大 而烧坏灯丝.
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3.I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=
1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差. 4.电流表选择0.6 A量程,电压表量程的选择视小电珠的 额定电压而定,即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小电珠,选用 电压表的15 V量程;若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠,则选用 电压表的3 V量程. 5.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值
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[答案] (1)见尝试解答 (2)ρa=1.04×10 6Ω·m(0.96×10 6~1.10×10 6Ω·m)
- - -
ρb=9.6×10-8Ω·m(8.5×10-8~1.10×10-7Ω·m) ρc=1.04×10-6Ω·m(0.96×10-6~1.10×10-6Ω·m) 金属丝 a 与 c 电阻率相同,远大于金属丝 b 的电阻率.
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(2011· 浙江高考)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关 系”实验中,为了探究3根材料未知,横截面积均为S=0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率,采用如图所示的实验电路, M为金属丝c的左端点,O为金属丝a的右端点,P是金属丝上 可移动的接触点.在实验过程中,电流表读数始终为I=1.25 A,电压表读数U随OP间距离x的变化如表:
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(对应学生用书 P146)
一、实验目的 1.描绘小电珠的伏安特性曲线. 2.分析伏安特性曲线的变化规律.
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二、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 U-I 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: 因为小电珠的电阻很小, 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.
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(2012· 四川)某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性 曲线,可供选用的器材如下: 小灯泡 L,规格“4.0 V,0.7 A”; 电流表 A1,量程 3 A,内阻约为 0.1 Ω; 电流表 A2,量程 0.6 A,内阻 r2=0.2 Ω; 电压表 V,量程 3 V,内阻 rV=9 kΩ; 标准电阻 R1,阻值 1 Ω;
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2.两种接法的选择
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(2)两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电 阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小). 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器 的总电阻要大). 如果Rx很小,限流式接法中滑动变阻器分得电压较大,调 节范围也比较大.Rx很大时,分压式接法中Rx几乎不影响电压 的分配,滑片移动时,电压变化接近线性关系,便于调节.
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x/m m
600
700
800
900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100 2200 2300 2400 8.50 9.05 9.75
U/V 3.95 4.50 5.10 5.90 6.50 6.65 6.82 6.93 7.02 7.15 7.85
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限流接法 RE ≤U≤E R+R0 E E ≤I≤ R R+R0 b端
分压接法
对比说明 分压电路调节 范围大 分压电路调节 范围大 都是为了保护电路 元件
0≤U≤E E 0≤I≤ R a端
由上表可以看出:滑动变阻器的分压式接法中,电压和电 流的调节范围很大,限流式接法较节能.
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2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查
无误后,闭合开关S. 3.移动滑动变阻器滑片位置,测出12组左中不同的电压 值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S. U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 I(A) U(V) 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I(A)
制电路构成,测量电路又由电表和被测元件构成,而控制电
路由变阻器、开关、电源构成.
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在测量电路中,一般有电流表内接和外接两种方式,对于 给定电表内阻的情况,应先比较 R0 与待测电阻 Rx 的关系,其 中 R0= RARV,若 Rx>R0,则设计为内接;若 Rx<R0,则设计 为外接;若电表量程不合适,往往还要用定值电阻对电表进行 改装.
八、注意事项
1.电路的连接方式: (1)电流表应采用外接法:因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻 很小,与0~0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大. (2) 滑动变阻器应采用分压式连接:目的是使小电珠两端 的电压能从零开始连续变化. 2 .闭合开关 S 前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分
电路.
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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. ④两种电路均可使用的情况下 ,应优先采用限流式接 法,因为限流式接法电路简单、耗能低.
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五、实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑 动变阻器采用分压式接法,按下图中的原理图连接好实验电 路.
-
从 1000 mm 到 2000 mm 为金属丝 b,
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Ub=(7.1-6.5) V=0.6 V
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0.6×0.20×10 6 -8 ρb= Ω·m = 9.6 × 10 Ω·m -3 1.25×2000-1000×10
-
从 2000 mm 到 2400 mm 为金属丝 c, Uc=(9.7-7.1) V=2.6 V 2.6×0.20×10-6 -6 ρ c= Ω·m = 1.04 × 10 Ω·m -3 1.25×2400-2000×10 通过计算可知,金属丝 a 和 c 电阻率相同,远大于金属丝 b 的电阻率.
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在控制电路中,变阻器有分压式、限流式两种接法,若变 阻器阻值较小,一般设计为分压式;若变阻器阻值较大,一般 设计为限流式,在二者都可行时,应先考虑限流方式,但下面 三种情形必须设计为分压式接法: (1)数据要求从 0 开始;(2) 变阻器阻值太小、限流限不住;(3)变阻器调节时,不能获取有 区分度的多组数据.
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(1)绘出电压表读数U随OP间距离x的变化图线; (2)求出金属丝的电阻率ρ,并进行比较.
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[ 尝试解答 ]
(1) 建立 U - x 坐标系,进行描点、连线,得
到图线如图所示:
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记录I后马上断开开头.
6.误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折 线.
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(对应学生用书P147)
(2012· 高考安徽卷)下图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实 验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5 V.
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三、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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(1)完成下列实验步骤:
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①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,________;
②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,________; ③断开开关,……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡 灯丝的伏安特性曲线. (2)请画出与实物电路相应的电路图.