2011届物理一轮复习课件：7.5《实验描绘小灯泡的伏安特性曲线》.ppt

实验八 描绘小灯泡的伏安特性曲线 要点归纳 【实验目的】 描绘小灯泡的伏安特性曲线. 【实验原理】 用电流表和电压表测出灯泡在不同电压下的电流, 建立IU坐标系,描点连成直线或平滑曲线即得到小 灯泡的伏安特性曲线. 为了尽可能多取些数据点并减小实验误差,应选 用电流表外接法,滑动变阻器分压接法电路,因为小灯 泡的电阻值较小. 【实验器材】 小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导 线、开关、坐标纸. 【实验步骤】 1.连接电路 将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、 开关用导线连接成如图1所示电路. 图1 2.测出小灯泡在不同电压下的电流 (1)闭合开关S前,滑动变阻器触头应移到最左端,以 使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化;同时, 这样做也防止开关刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧 坏灯丝. (2)移动滑动变阻器触头的位置,测出12组不同的电 压值U和电流值I,并将测量数据填入表格. 3.画出伏安特性曲线 (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小灯 泡的伏安特性曲线. 4.拆除电路,整理仪器 交流与思考:描绘出小灯泡的伏安特性曲线后,曲 线上各点对应的曲线的斜率是否表示小灯泡在该电 压下的电阻值?若是,说明理由;若不是,如何表示该 电压下的电阻值? 由于电阻的定义式为R= ,而不是R= , 只有U与I为线性关系时 才等于 ,在U与I为非 线性关系时 ,所以各点对应的曲线斜率并 不表示该电压下的电阻值.该电压下的电阻值应等于 该点对应的电压与电流的比值. 提示: 【误差分析】 1.由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,对电 路的影响会带来误差. 2.在坐标纸上描点、作图带来误差. 交流与思考:观察小灯泡的伏安特性曲线,分析特点 ,并说明理由. 提示:由于小灯泡在电压较低时没有发光,灯丝温度 较低,其电阻变化不明显,所以在伏安特性曲线的开始 一段接近直线.但随着电压的不断增大,灯泡开始发光 ,温度变化很大,因此对应电阻值也变化很大,伏安特 性曲线为曲线. 【注意事项】 1.电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法:因为小灯泡的电阻较小, 与00.6 A电流表串联时,电流表的分压影响不能忽 略. (2)滑动变阻器应采用分压式连接:目的是为了使小 灯泡两端的电压能从零开始连续变化. 2.闭合电键S前,滑动变阻器触头应移到小灯泡分得 电压为零的位置,可以使开关闭合时小灯泡电压能从 零开始变化.同时,也为了防止开关刚闭合时小灯泡两 端电压过大而烧坏灯丝. 3.IU图线在U=1.0 V左右将发生明显弯曲,故 在U=1.0 V左右测绘点要密,否则将出现很大误差. 4.电流表选择0.6 A量程,电压表量程选择视小灯泡 的额定电压而定,即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小 灯泡,选用电压表的15 V量程,若使用“2.5 V, 0.6 A”的小灯泡,则选用电压表的3 V量程. 5.保持小灯泡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. 6.误差较大的点要舍去,IU应是平滑曲线而非 折线. 典例剖析 【例1】 某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实 验,实验室提供了下表中的器材. 小灯泡L(额额定电压电压 2.5 V, 额额定电电流250 mA) 直流电电源E(电动势电动势 3 V,内 阻不计计) 电电流表A1(量程300 mA,内 阻约约0.5 ) 电电流表A2(量程500 mA,内 阻约约0.2 ) 电压电压 表V1(量程3 V,内阻约约 3 k) 电压电压 表V2(量程6 V,内阻约约 6 k) 滑动变动变 阻器(最大阻值约值约 10 ) 开关S,导线导线 若干 (1)为了使实验误差尽可能小,应选用的电流表是 ,电压表是 . (2)若该同学已正确选用器材,并连接好部分实验 电路.如图2所示,请在图中完成其余的电路连接, 要求小灯泡两端的电压能在 02.5 V范围连续变 化,且尽可能减少实验误差. 图2 (3)该同学在正确完成实验后得到如图3所示的伏安特 性曲线,他从图线中得到“通过小灯泡的电流随电压 的增大而增大”的规律.请你分析图线再写出两条规 律: 图3 a. ; b. . 答案 (1)A1 V1 (2)如下图所示 (3)通过小灯泡的电流与电压的变化关系是非线性 关系;小灯泡的电阻随温度的升高而增大;小灯泡的 功率随电压的增大而增大等 【例2】某课外学习小组想描绘标有“4 V、2 W”的小灯 泡的UI图象,除导线和开关外还备有以下器材可供 选择: A.电流表(量程0.6 A,内阻约为1 ) B.电流表(量程3.0 A,内阻约为0.2 ) C.电压表(量程5.0 V,内阻约为5 k) D.电压表(量程15.0 V,内阻约为15 k) E.滑动变阻器(最大阻值为200 ,额定电流100 mA) F.滑动变阻器(最大阻值为10 ,额定电流1.0 A) G.电源(电动势为6.0 V,内阻约为1.5 ) (1)实验中所用的电流表应选 ;电压表选 ; 滑动变阻器应选 .(只需填器材前面的字母代号) (2)将图4中的实物连接成实验所需的电路(有两根 导线已经接好).实验开始时,滑动变阻器的滑片应 该置于最 端.(填“左”或“右”) 图4 (3)经过正确的操作,测得的数据如下表: 请在图5中描点画出小灯泡的UI曲线. 图5 (4)若某干电池的端电压U与电流I的关系如图5中图线 a所示,那么将本题中的小灯泡接在该干电池的两端时 ,小灯泡的实际功率是 W. 答案 (1)A C F (2)实物图如下图所示 左 (3)UI图线如下图中b所示 (4)0.8 创新实验 【例3】要描绘某电学元件(最大电流不超过6 mA,最 大电压不超过7 V)的伏安特性曲线，设计电路如 图6所示.图中定值电阻R为1 k，用于限流；电 流表 量程为10 mA，内阻约为5 ；电压表 (未画出)量程为10 V，内阻约为10 k；电源电 动势E为12 V，内阻不计. 图6 (1)实验时有两个滑动变阻器可供选择： a.阻值0200 ,额定电流0.3 A b.阻值020 ，额定电流0.5 A 本实验应选用的滑动变阻器是 (填“a”或 “b”). (2)正确接线后，测得数据如下表： 根据以上数据，电压表是并联在M与 之 间的(填“O”或“P”). 根据以上数据，画出该元件的伏安特性曲线. 图7 (3)画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变 化的示意图为(无需数值) . 图8 解析 (1)应选用0200 的变阻器,调节范围大. (2)从表中数据可估测待测元件的电阻,当U=6.16 V时 ,I=0.06 mA,则 100 k rA=5 ,所以考虑电流表内接,即电压表应并联在 M与P之间. 描点、连线得伏安特性曲线如下图所示 (3)UMO随MN间电压UMN的变化如下图所示 答案 (1)a (2)P 见解析图 (3)见解析图 素能提升 1.有一规格为“220 V,100 W”的灯泡,现用一准确的 欧姆表测其电阻,测量的结果是 ( ) A.大于484 B.等于484 C.小于484 D.无法确定 解析 是灯发热状态下 的电阻.用欧姆表测量时,灯丝温度为室温,所以其 阻值比484 小. C 2.用下列器材组成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路, 请将实物图9连线成为实验电路. 微安表 A(量程200 A,内阻约200 ); 电压表V(量程3 V,内阻约10 k) 电阻R0(阻值约20 k); 滑动变阻器R(最大阻值50 ,额定电流1 A); 电池组E(电动势3 V,内阻不计); 开关S及导线若干. 解析 由于 可以看 出R0RA,故采用电流表内接法,画出 电路原理如右图所示. 把实物与原理图结合起来完成连线,注 意电压表、电流表的正、负接线柱,保 证电流从正接线柱进从负接线柱出.如下图所示. 图9 答案 见解析图 3.现要测定一额定电压4 V、额定功率1.6 W的小灯泡 (图10中用 表示)的伏安特性曲线.要求所测 电压范围0.1 V4 V. 图10 现有器材:直流电源E(电动势4.5 V,内阻不计);电 压表V(量程4.5 V,内阻约为4104 );电流表A1 (量程250 mA,内阻约为2 );电流表A2(量程500 mA, 内阻约为1 ),滑动变阻器R(最大阻值约为30 ), 电键S,导线若干. 如果既要满足测量要求,又要测量误差较小,应该选 用的电流表是 ,上面两个电路应该选用的 是 . 解析 本题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验 电路、实验器材的选取,通过计算才能选出,考查学 生的实验设计能力,误差分析能力. 由P=UI得Im= A=0.4 A=400 mA,所以电流表 选A2. 根据电流表、电压表内阻及小灯泡电阻之间的关 系, 由于RV R灯,电压表分流引起的误差远小于电流 表分压引起的误差,选用电流表外接法,故选甲电路. 答案 A2 甲 4.如图11所示为某同学实验得到的一小灯泡灯丝的完 整UI曲线.在下面虚线方框中画出该同学实验 用电路图(根据电路图可得该小灯泡灯丝的UI 关系完整曲线)并在图上标明所选器材的代号. A.电压表V1(03 V,内阻5.0 k) B.电压表V2(06 V,内阻8.0 k) C.电流表A1(00.6 A,内阻3.0 ) D.电流表A2(03 A,内阻0.5 ) E.滑动变阻器R1(30 ,2 A) F.滑动变阻器R2(100 ,0.5 A) G.学生电源(直流9 V)及电键、导线等 图11 答案 如下图所示 5.某同学用常规器材研究标有“3.8 V,0.3 A”字样 的小灯泡两端的电压和通过它的电流的关系,先选 择合理的电路再正确连线,闭合开关后进行实验,得 到的数据如下表所示: 根据这些数据: (1)在图12中画出实验电路图(图中的电源和开关已 经画好). 图12 (2)在图13坐标系中,选取适当的标度,画出小灯泡 的UI图线(以U为纵轴). 图13 (3)U1=1.00 V和U2=3.00 V时小灯泡的电阻分别为 R1= ,R2= ,其大小不同的原因是 . (4)小灯泡两端的电压从零到额定电压变化时,小灯 泡的最大电阻是 ,最大电功率是 W (保留三位有效数字). (5)通过小灯泡的电流等于零时,小灯泡的电阻约为 . 答案 (1)如下图所示 (2)如下图所示 (3)6.25 10.79 随着电压的增大,通过小灯泡的 电流增大,同时小灯泡的发热功率增加,灯丝的温度 升高,所以金属灯丝的电阻率增大,灯泡的电阻增大 (4)12.26 1.18 (5)1.25 6.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,由于电表 内阻的影响,会产生系统误差使得小灯泡的电阻测 量不准确,为了消除这种误差,某同学设计了如图 14所示的实物连线图,用来测量小灯泡的电阻和两 端所加电压U的关系,图中两个电压表完全相同且 内阻很大,试回答下列问题. 图14 (1)根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路图. (2)请补全下列实验步骤 按图中的实物连接图连好电路,在闭合开关S之前, 滑动变阻器的滑动头应调节 . 合上开关S 移动滑动头,调节电阻箱的示数,使两个电压表 ,则电阻箱的读数即为小灯泡电阻,记下小 灯泡的电阻和电压. 多次移动滑动头,并调节电