高中物理课件第2章 特别策划(1) 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线（粤教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 特别策划 一 实验 描绘小电珠的伏安特性曲线 1 描绘小电珠的伏安特性曲线时 用 测出流过小灯泡的电流 用 测出小灯泡两端的电压 测出多组 I U 值 在I U坐标系中描出各对应点 用一条平滑曲线将这些点连接起来 就可以得到小灯泡的伏安特性曲线 2 小灯泡 3 8V0 3A 的电阻很小 当它与电流表 量程为0 6A 时 电流表的分压影响很大 故为了准确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线 电流表应采用 接法 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 接法 电压表 串联 电流表 外 分压式 3 如图T1 1所示 当电流表接3A量程时 读数是 电压表接15V量程时读数是 图T1 1 解析 0 3A挡电流表的最小刻度值为0 1A 估读到0 1A 故图中读数为1 72A 0 15V电压表的最小刻度值为0 5V 图中读数为10 8V 1 72A 10 8V 4 选项所列的四个图象中 能正确地表示小电珠U I之 间的函数关系的是 C 解析 此图象描述I随U变化的规律 由于金属导体的电阻率随温度的升高而增大 从而使小电珠灯丝的电阻随温度的升高而增大 因而它的伏安特性线是曲线 由欧姆定律知U越大 I越大 温度越高 对应的电阻越大 选C 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验目的 1 练习电压表 电流表 滑动变阻器的使用 2 描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其变化规律 3 学会利用图象处理实验数据 实验原理 1 原理图 如图T1 2所示 2 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 I U 值 在I U坐标系中描出各对应点 用一条平滑曲线将这些点连接起来 就可以得到小灯泡的伏安特性曲线 图T1 2 实验器材 小灯泡 4 6V学生电源 滑动变阻器 电压表 电流表 导线若干 开关 实验步骤 1 连接电路 将小电珠 电流表 电压表 滑动变阻器 电源 开关用导线连接成如图T1 2所示电路 2 测出小电珠在不同电压下的电流 闭合开关S前 滑动变阻器触头应移到最左端 移动滑动变阻器触头的位置 测出多组不同的电压值U 和电流值I 并将测量数据填入表格 特别提醒 I U图线在U0 1 0V左右将发生明显弯曲 故在U 1 0V左右测绘点要密 否则将出现很大误差 3 拆除电路 整理仪器 数据处理 1 在坐标纸上以U为横轴 以I为纵轴 建立坐标系 2 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 坐标系纵轴和横轴的标度要适中 以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜 3 将描出的点用平滑的曲线连接起来 就得到了小电珠的 伏安特性曲线 注意事项 1 电路的连接方式 电流表应采用外接法 因为小电珠的电阻较小 与电流 表串联时 电流表的分压影响不能忽略 滑动变阻器应采用分压式连接 目的是为了使小电珠两 端的电压能从零开始连续变化 2 滑片位置 闭合开关S前 滑动变阻器触头应移到小电珠分得电压为零的位置 使开关闭合时小电珠电压能从零开始变化 同时也可防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝 3 电流表选择0 6A量程 3 8V 0 3A 的小电珠 选 用电压表的15V量程 2 5V 0 6A 的小电珠 则选用电压 表的3V量程 4 保持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加 到额定值 读出I后立即断开开关 5 误差较大的点要舍去 I U图线应是平滑曲线而非折线 要点1实验器材的选取及电路的选择 仪器选择的一般顺序是先易后难 首先确定出必须使用而又不必选择的仪器 然后以其为突破口 根据电路要求和电路计算 选择出电源 滑动变阻器 电流表 电压表以及合理的量程 待测电阻的额定电流 额定电压 估算值 是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据 例1 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验中 使用 的小电珠为 6V 3W 其他可供选择的器材有 电压表V1 量程6V 内阻20k 电压表V2 量程20V 内阻60k 电流表A1 量程3A 内阻0 2 电流表A2 量程0 6A 内阻1 变阻器R1 0 1000 0 5A 变阻器R2 0 20 2A 学生电源E 6 8V 开关S及导线若干 实验中要求电压表在0 6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I 以便作出伏安特性曲线 在上述器材中 电流表应选用 变阻器应选用 在下面的方框中画出实验的原理图 解析 小灯泡额定电压为6V 额定电流为0 5A 即允许通过小灯泡的电流最大不超过0 5A 最大电压不超过6V 在选择电压表和电流表时 本着安全 精确的原则 安全原则是量程要大于所测电流或电压值 精确原则是量程要尽量小 量 U262 程越小测量越精确 故电流表应选A2 电压表应选V1 滑动变阻器选取时要本着安全 够用 调节方便的原则 安全 即流过变阻器的最大电流应小于允许通过的最大电流 方便 即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻 本实验中的小灯泡在正常工作时电阻为R灯 P3 12 故应选用R2 连接电路时 变阻器采取分压式 电流表外接 原理如图 T1 3所示 图T1 3 答案 A2R2如图T1 3所示 触类旁通 1 一只小灯泡 标有 3V1 5W 字样 现要描绘小灯 泡0 3V的伏安特性曲线 实验器材有 A 最大阻值为10 的滑动变阻器 B 电动势为6V 内阻约为1 0 的电源 C 量程为0 6A 内阻约为1 0 的电流表A1D 量程为3A 内阻约为0 1 的电流表A2E 量程为3V 内阻约为6k 的电压表V1F 量程为15V 内阻约为10k 的电压表V2G 开关 导线若干 1 电压表应选用 电流表应选用 2 在该实验中 设计了如下图所示的四个电路 为了减小误差 应选取的电路是 将选项代号的字母填在横线上 E C C 要点2实物图连线 分压电路的实物连接是学习的难点 连线时可先连电源 开关 滑动变阻器两端 阻值最大 再连接待测电阻支路 最后将伏特表并联到Rx两端 连图时要尽量按照电流的流向 先 串 后 并 先 干路 后 支路 同时也要注意电压表和电流表接线柱的 必须注意以下两点 连线不能交叉 必须把线接在接线柱上 例2 现在要测量一只额定电压为U 3V的小电珠L的 额定功率P 约为0 3W 实验室备有如下器材 电流表A1 量程200mA 内阻r1 10 电流表A2 量程300mA 内阻约为几欧姆 定值电阻R 10 滑动变阻器R1 0 100 0 5A 电源E E 5V 内阻r 1 单刀开关一个 导线若干 1 设计出实验电路 画在下面的方框中 图T1 4 2 按 1 中设计的电路图把图T1 4中仪器连接起来 3 写出主要的操作步骤 150mA 故用A1和R 解析 本实验中要测灯泡电压 但没有电压表 要用电流表和定值电阻来代替 灯泡的额定电压为3V 则流过电流表 和定值电阻的电流最大值为Im UR r1 答案 1 如图T1 5所示 2 如图T1 6所示 图T1 5 图T1 6 代替电压表 3 按设计好的电路图连接好电路 开关S闭合前 滑动变阻器的滑片P移至阻值最大的位置 闭合开关S 移动滑片P 使电流表A1的示数I1 UR r1 310 10 A 150mA 使小电珠正常发光 同时记下此时电流 点评 电流表和定值电阻 电阻箱 串联可代替电压表 电压表和定值电阻 电阻箱 并联可代替电流表 表A2的示数I2 断开开关S 拆除电路 整理仪器 触类旁通 2 如图T1 7所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实 验所需的器材实物图 器材规格如下 图T1 7 A 待测电阻Rx 约100 B 直流毫安表 量程0 10mA 内阻50 C 直流电压表 量程0 3V 内阻5k D 直流电源 输出电压4V 内阻不计 E 滑动变阻器 阻值范围0 15 允许最大电流1A F 开关1个 导线若干条 根据器材的规格和实验要求 在本题的实物图上连线 图4 要点3数据处理 画伏安特性曲线 例3 某同学在测绘额定电压为2 5V的小灯泡的I U 特性曲线的实验中测得有关数据如下表 根据表中的实验数据 在图T1 8中画出小灯泡的I U 特性曲线 图T1 8 解析 适当建立标度 描点如图T1 9所示 图T1 9 答案 如图T1 9所示 触类旁通 3 一个小灯泡的额定电压为2 0V 额定电流约为0 5A 选用下列实验器材描绘小灯泡的伏安特性曲线 电源E1 电动势为3 0V 内阻不计电源E2 电动势为12 0V 内阻不计 电压表V 量程为0 3V 内阻约为10k 电流表A1 量程为0 3A 内阻约为0 1 电流表A2 量程为0 0 6A 内阻约为0 6 滑动变阻器R 最大阻值为10 额定电流为1 0A开关S 导线若干 用实验得到如下数据 I和U分别表示小灯泡的电流和电 压 1 实验中电源应选用 电流表应选用 2 在下面虚线框中画出实验电路图 3 在下面坐标系中画出小灯泡的U I曲线 图T1 10 分压接法 R灯 4 电流表要外接 测量电路如图5所示 4 若将本题中的小灯泡接在电动势是1 5V 内阻是1 0 的电池两端 则小灯泡的实际功率是 若需作图 可直接画在坐标系中 解析 1 因小灯泡的额定电压为2 0V 所以电源选E1 又因小灯泡的额定电流约为0 5A 故电流表选A2 2 因为小灯泡的电压从0 2V开始 所以滑动变阻器要用 U I 4 设小灯泡的电压为U 电流为I 由闭合电路欧姆定律得 U 1 5 I 作出电源U I图象与小灯泡的U I曲线 交点坐标为小灯泡工作时的电压和电流 两者之积为小灯泡的实际功率 2 如图5所示 4 0 44W 答案 1 E1A2 3 如图6所示 图5 图6 1 电流表内 外接的判断 3 试探法 按图T1 11所示接好电路 让电压表的一接线柱按电路连接好 另一接线柱P先后与a b处接触一下 如果电压表的示数有较大的变化 而电流表的示数变化不大 则可采用电流表外接法 如果电流表的示数有较大的变化 而电压表的示数变化不大 则可采用电流表内接法 图T1 11 2 滑动变阻器的分压 限流式接法 3 误差的分析及注意事项 1 本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小 因此测量电路 必须采用电流表外接法 2 本实验要作出I U图线 要求测出一组包括零在内的 电流 电压值 故控制电路必须采用分压接法 3 为保护元件不被烧毁 开关闭合前变阻器滑片应位于使 加在待测电路电压最小端 4 加在灯泡两端的电压不要超过灯泡的额定电压 记忆口诀 电路连接是关键 先串后并把线连 滑动变阻要分压 电流表外接减误差 电压从零开始变 I U坐标连曲线 要对图线细研究 得出规律记心间 例4 表格中所列数据是测量小灯泡U I关系的实验数 据 图T1 12 1 分析上表内实验数据可知 应选用的实验电路图是图 填 甲 或 乙 2 在方格纸内画出小灯泡的U I曲线 分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而 填 变大 变小 或 不变 3 如图丙所示 用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路 连接到内阻不计 电动势为3V的电源上 已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍 则流过灯泡b的电流约为 A 图T1 13 解析 1 由小灯泡U I关系的实验数据可得 电路中灯泡两端的电压可调为0 只有甲电路具有此功能 而乙图的电路不具此功能 2 U I曲线如图T1 14所示 由所做出的U I曲线知 曲线上各点与原点连线的斜率越来越大 说明灯泡的电阻越来越大 图T1 14 答案 1 甲 2 如图T1 14所示 变大 3 0 07 触类旁通 4 2012年茂名一模 小明同学用下列器材描绘额定电压为3 0V的小灯泡的伏安特性曲线 要求电压变化从零开始 并研究小灯泡实际功率及灯丝温度等问题 A 电流表 0 6A 1 B 电压表 3V 1k C 滑动变阻器 10 1A D 电源 4V 内阻不计 1 用笔画线代替导线 将图T1 15中的实验仪器连成完 整的实验电路 图T1 15 2 开关闭合前 滑动变阻器的滑片应置于 端 填 a 或 b 3 闭合开关 变阻器的滑片向b端移动 电压表的示数逐渐增大 电流表指针却几乎不动 则电路的故障为 4 排除故障后 小明完成了实验 并由实验数据画出小灯泡I U图象如图T1 16中实线所示 由图可确定小灯泡在电压为2 0V时实际功率为 保留两位有效数字 图T1 16 5 图T1 16是用多用电表欧姆挡 1 挡直接测量小灯泡灯丝在27 时电阻值 则阻值为 若小灯泡灯丝电阻值与灯丝温度的关系为R k 203 t k为比例常数 根据I U图中的实线 估算该灯泡正常工作时灯丝的温度约为 6 若I U图中的虚线 或 表示小灯泡真实的伏安特性曲线 与实线相比 虚线 填 或 才是其真实的伏安特性曲线 图T1 17 答案 1 如图7所示 3 小灯泡断路 2 a 4 0 38 5 1 51797 6 图7 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全