3.(2014·浙江·22)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电阻值.
(1)图7是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图中画出.
图7
(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图8所示.在图中,由电流表外接法得到的数据点是用________(填“○”或“×”)表示的.
图8
(3)请你选择一组数据点,在图上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻为________Ω.
答案
(1)见解析图
(2)× (3)见解析图 用“×”表示的数据连线时,1.2(1.1~1.3均可),用“○”表示的数据连线时,1.6(1.5~1.7均可)
解析
(1)连线如图所示.
(2)U-I图像如图所示.
U-I图像的斜率反映了电阻的大小,而用电流表内接法时测得的电阻偏大,外接法时测得的电阻偏小,所以外接法的数据点是用“×”表示的.
(3)在U-I图像上,选用外接法所得的“×”连线,则R=
=1.2Ω,选用内接法所得的“○”连线,则R=
=1.6Ω.
1.电路结构:
实验电路至少包括三个部分:
(1)测量电路;
(2)控制电路(滑动变阻器、开关);(3)电源.
2.电路设计:
(1)电表选择注意三方面:
①安全性,要求量程不能太小,电表不反接;②准确性,要求量程不能太大,读数一般要超过量程的
;③若电表量程不合适,要利用有准确内阻的电表进行改装.
(2)测量电路设计:
若
>
,则应把电流表内接;若
<
,则应把电流表外接.
(3)控制电路:
以小控大用分压,相差无几用限流,即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压式接法;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流式接法.另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种:
①电压要求从零开始变化;②滑动变阻器太小,不能起到限流的作用;③限流式不能获取有区分度的多组数据.若两种接法均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小.
考题3 描绘小灯泡(或者其他元件)的伏安特性曲线
例3
在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,要测量一个标有“3V1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流,现有如下器材:
A.直流电源3V(内阻可不计)
B.直流电流表0~600mA(内阻约0.5Ω)
C.直流电压表0~3V(内阻约3kΩ)
D.滑动变阻器(10Ω,1A)
E.滑动变阻器(1kΩ,300mA)
F.开关、导线若干
(1)本实验中滑动变阻器选用________.(填“D”或“E”)
(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图9所示,电路中所有元器件都是完好的,且电压表和电流表已调零.闭合开关后发现电压表的示数为2V,电流表的示数为零,小灯泡不亮,则可确定断路的导线是________;若电压表示数为零,电流表的示数为0.3A,小灯泡亮,则断路的导线是________;若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化,但电压表、电流表示数不能调为零,则断路的导线是________.
图9
(3)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的,根据表格中的数据在如图10所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线.
U/V
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
I/A
0
0.17
0.30
0.39
0.45
0.49
图10
④如图11所示,将两个这样的灯泡并联后再与5Ω的定值电阻R0串联,接在电压恒为4V的电路上,每个灯泡的实际功率为________W(结果保留两位有效数字).
图11
解析
(1)因描绘小灯泡的伏安特性曲线,需测量多组数据,滑动变阻器需用分压式接法,为了调节方便,滑动变阻器用阻值较小的,故选择D.
(2)电压表有示数,说明通过电压表的电路为通路,而小灯泡不亮,通过与电压表并联的小灯泡的电路为断路,所以导线d断开;若电压表示数为零,而电流表有示数,说明电路接通,电压表没有接入电路,所以h断开;若电压表、电流表示数不能调为零,是因为滑动变阻器是限流式接法,故是g断开.
(3)描点画图,如图所示.
(4)设灯泡的电压为U,电流为I,根据闭合电路欧姆定律得:
U0=U+2IR0,所以U=-2R0I+U0,代入数据U=-10I+4,在灯泡的伏安特性曲线坐标图上画出该直线,其交点(U,I)对应的电压电流值即为灯泡的实际电压、电流值,可得灯泡消耗的实际功率P=UI=0.30W.
答案
(1)D
(2)d h g (3)见解析图 (4)0.30
4.某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件,该电学元件上标有“最大电流不超过6mA,最大电压不超过7V”,同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线,他们设计的一部分电路如图12所示,图中定值电阻R=1kΩ,用于限流;电流表量程为10mA,内阻约为5Ω;电压表(未画出)量程为10V,内阻约为10kΩ;电源电动势E为12V,内阻不计.
图12
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择:
A.阻值0~200Ω,额定电流0.3A
B.阻值0~20Ω,额定电流0.5A
应选的滑动变阻器是________(填“A”或“B”).
正确接线后,测得数据如下表:
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U/V
0.00
3.00
6.00
6.16
6.28
6.32
6.36
6.38
6.39
6.40
I/mA
0.00
0.00
0.00
0.06
0.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.50
(2)由以上数据分析可知,电压表应并联在M与________(填“O”或“P”)之间;
(3)在图12中将电路图补充完整;
(4)从表中数据可知,该电学元件的电阻特点是:
______________________________
________________________________________________________________________.
答案
(1)A
(2)P (3)电路图见解析图
(4)当元件两端的电压小于6V时,元件电阻非常大,不导电;当元件两端电压大于6V时,随着电压的升高电阻逐渐变小
解析
(1)滑动变阻器A允许的最大电压为0.3×200V=60V>12V,滑动变阻器B两端所能加的最大电压为0.5×20V=10V<12V,为保证安全,滑动变阻器应选A.
(2)由表中实验数据可知,电学元件电阻最小测量值约为:
R=
Ω≈1163.6Ω,电流表内阻约为5Ω,电压表内阻约为10kΩ,相对来说,元件电阻远大于电流表内阻,电流表应采用内接法,因此电压表应并联在M与P之间.
(3)描绘伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,由
(2)可知,电流表采用内接法,实验电路图如图所示:
(4)由表中实验数据可知,当元件两端的电压小于6V时,电路电流很小,几乎为零,由欧姆定律可知,元件电阻非常大,不导电;当元件两端电压大于6V时,随着电压的升高电流迅速增大,电压与电流的比值减小,电阻变小.
知识专题练 训练13
题组1 电表读数和多用电表的使用
1.
(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx,以下给出的是可能的操作步骤,其中S为选择开关,P为欧姆挡调零旋钮,把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上________.
a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度,断开两表笔
b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔
c.旋转S使其尖端对准欧姆挡×1k
d.旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e.旋转S使其尖端对准交流500V挡,并拔出两表笔
图1
根据如图1所示指针位置,此被测电阻的阻值约为________Ω.
(2)下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是( )
A.测量电阻时如果指针偏角过大,应将选择开关S拨至倍率较小的挡位,重新调零后测量
B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则会影响测量结果
C.测量电路中的某个电阻,应该把该电阻与电路断开
D.测量阻值不同的电阻时都必须重新调零
答案
(1)cabe 30k
(2)AC
解析
(1)测量几十千欧的电阻Rx我们一般选择较大的挡位先粗测,使用前应先进行欧姆调零,然后依据欧姆表的示数,再更换挡位,重新欧姆调零,再进行测量;使用完毕应将选择开关置于OFF位置或者交流电压最大挡,拔出表笔.欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率即为待测电阻的阻值30kΩ.
(2)欧姆挡更换规律“大小,小大”,即当指针偏角较大时,表明待测电阻较小,应换较小的挡位;反之应换较大的挡位.电流总是从红表笔流入从黑表笔流出多用电表,每次换挡一定要进行欧姆调零,测量电阻一定要断电作业.
题组2 测量电阻的实验
2.(2014·安徽·21Ⅱ)某同学为了测量一个量程为3V的电压表的内阻,进行了如下实验.
(1)他先用多用表进行了正确的测量,测量时指针位置如图2所示,得出电压表的内阻为3.00×103Ω,此时电压表的指针也偏转了.已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5V,则电压表的示数应为________V(结果保留两位有效数字).
图2
(2)为了更准确地测量该电压表的内阻RV,该同学设计了如图3所示的电路图,实验步骤如下:
图3
A.断开开关S,按图3连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R0的阻值调到零;
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3V的位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P的位置不变,调节电阻箱R0的阻值使电压表指针指到1.5V的位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;
G.断开开关S.
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:
最大阻值2000Ω
c.滑动变阻器:
最大阻值10Ω
d.电阻箱:
最大阻值9999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
e.电阻箱:
最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
f.电池组:
电动势约6V,内阻可忽略
g.开关、导线若干
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
①要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用________(填“b”或“c”),电阻箱中选用________(填“d”或“e”).
②电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真相比,R测________R真(填“>”或“<”);若RV越大,则
越________(填“大”或“小”).
答案
(1)1.0
(2)①c d ②> 小
解析
(1)欧姆表的中值电阻即为其内阻值.由欧姆挡中央刻度值为“15”可知欧姆表内阻为1.5×103Ω,根据电阻分压原理可知,电压表的示数U=
·RV=
×3×103V=1.0V.
(2)①明确半偏法测电阻的实验原理.由半偏法测电阻和滑动变阻器的分压接法可知,滑动变阻器的阻值应远小于电表内阻,故滑动变阻器选c.电阻箱的最大阻值应与电压表内阻相近或大于电压表内阻,故电阻箱选d.
②接入电阻箱后,电路总电阻阻值变大,干路电流变小,变阻箱R0和电压表分担的电压变大,则UR0>URV,故R测>R真.RV越大,R测越接近真实值,故
越小.
题组3 描绘小灯泡(或者其他元件)的伏安特性曲线
3.某探究小组要描绘一个标有“4V,1W”的小灯泡的R-U曲线,所供选择的器材除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择:
A.电压表V(量程5V,内阻约为5kΩ)
B.直流电源E(电动势4.5V,内阻不计)
C.电流表A1(量程150mA,内阻约为2Ω)
D.电流表A2(量程300mA,内阻约为1Ω)
E.滑动变阻器R1(阻值0~10Ω)
F.滑动变阻器R2(阻值0~200Ω)
(1)实验中要求小灯泡电压从零逐渐增大到额定电压,测量误差尽可能小且方便调节,电流表应选用________,滑动变阻器应选用________(填写仪器符号).请在虚线框中画出该实验的电路图.
(2)根据实验数据,计算并描绘出了R—U图象,如图4所示.由图象可知,当所加电压为3.0V时,小灯泡实际消耗的电功率为________W(计算结果保留两位有效数字).
图4
(3)小灯泡的P-U图象及I-U图象如图5甲、乙所示.则小灯泡的电功率P随电压U变化的曲线是________;小灯泡的伏安特性曲线是________.(填“a”、“b”、“c”、“d”)
图5
答案
(1)A2 R1 见解析图
(2)0.75 (3)b c
解析
(1)待测小灯泡为“4V,1W”,故其额定电流I=
=0.25A=250mA,故电流表只能选择A2;要描绘小灯泡RL的R-U曲线,电压要从0开始连续可调,故滑动变阻器采用分压式接法,为方便实验操作滑动变阻器应选R1.灯泡正常发光时的电阻R=
=
Ω=16Ω,电压表内阻约为5kΩ,电流表内阻约为1Ω,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法;描绘灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,实验电路图如图所示.
(2)当电压为3V时,由题图可知小灯泡的电阻为12Ω,故此时小灯泡消耗的实际功率P=
=
W≈0.75W.
(3)灯泡电功率P=
,由于灯泡电阻随温度的升高而增大,由小灯泡的R-U图象可知,U变大,I变大,而P=IU,因此P-U图象的斜率应随电压的增大而增大,故b正确;由小灯泡的R-U图象可知随电压的增大灯泡的电阻增大,故
逐渐减小,故I-U图象的斜率随电压的增大而减小,故c正确.
4.要描绘一个标有“3V,0.8W”小灯泡的伏安特性曲线,已选用的器材有:
电源(电动势为4.5V,内阻约1Ω)
电流表(量程为0~300mA,内阻约5Ω)
电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ)
滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流1A)
开关一个和导线若干.
(1)为便于实验操作,并确保实验有尽可能高的精度,则实验的电路图应选用下图中的________(填字母代号).
(2)图6是实验器材实物图,图中已连接了部分导线.请根据在
(1)问中所选的电路图补充完成图中实物间的连线(用笔画线代替导线).
图6
(3)测量结束后,先把滑动变阻器滑片移到________(填“左端”或“右端”),然后断开开关,接着拆除导线,整理好器材.
(4)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图7所示.由图象可知小灯泡的电阻值随工作电压的增大而________(填“不变”、“增大”或“减小”).
图7
答案
(1)C
(2)如图所示
(3)左端 (4)增大