高三物理一轮复习 实验8 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件.ppt

第七章恒定电流 实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线 记一记 1 实验目的 1 描绘电珠的伏安特性曲线 2 分析小电珠伏安特性曲线的变化规律 2 实验原理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 值后 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 就得到小电珠的伏安特性曲线 3 实验器材小电珠 3 8v 0 3a 或 2 5v 0 6a 4v 6v学生电源 滑动变阻器 电压表 电流表 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 4 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 按如图所示的原理图连接好实验电路 2 把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端 接线经检查无误后 闭合开关s 3 移动滑动变阻器触头位置 测出12组左右不同的电压值u和电流值i 并将测量数据填入表格中 断开开关s 4 在坐标纸上以u为横轴 以i为纵轴 建立坐标系 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 将描出的点用平滑的曲线连起来 就得到小电珠的伏安特性曲线 5 拆除电路 整理仪器 5 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 电流表外接 由于电压表的分流 使测得的电流值大于真实值 2 测量时读数带来误差 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 6 注意事项 1 本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小 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图中的a端 4 加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压 5 连图线时曲线要平滑 不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧 不要画成折线 思一思 1 电流表应选择何种连接方式 为什么 提示 外接法 小灯泡的电阻与电流表内阻相差不大 若内接法测 电流表的分压影响很大 2 闭合电键前 滑动触头应置于何处 为什么 提示 置于使小灯泡电压为零的一端 这样可使小灯泡能获得从零开始的一系列电压值 3 如何选择滑动变阻器的连接方式 提示 1 当用电器电阻比滑动变阻器全值电阻小或差不多 且实验要求的电压变化范围不太大时 一般选择限流电路 2 在下列三种情况下 必须用分压接法 采用限流时 实际电流超过电流表量程或超过电阻额定电流 或实际电压超过电压表量程 变阻器电阻远小于被测电阻 要求被测部分电压 或电流 变化范围尽可能大 以及要求电压 或电流 从零调起 考向一滑动变阻器的使用典例1 2013 天津卷 93 要测绘一个标有 3v0 6w 小灯泡的伏安特性曲线 灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3v 并便于操作 已选用的器材有 电池组 电动势为4 5v 内阻约1 电流表 量程为0 250ma 内阻约5 电压表 量程为0 3v 内阻约3k 电键一个 导线若干 实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 填字母代号 a 滑动变阻器 最大阻值20 额定电流1a b 滑动变阻器 最大阻值1750 额定电流0 3a 实验的电路图应选用下列的图 填字母代号 实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示 如果将这个小灯泡接到电动势为1 5v 内阻为5 的电源两端 小灯泡消耗的功率是 w 解题引路 1 滑动变阻器的选取原则一般是什么 2 把小灯泡接入电源的两端后 如何确定通过小灯泡的电流强度和小灯泡两端的电压 提示 1 一般情况下 若采用 分压式 接法 则选总阻值较小的滑动变阻器 若采用 限流式 接法 则选用与测量电阻阻值相当的滑动变阻器 2 把小灯泡接入电路后 其两端的电压与电源的路端电压相等 在小灯泡的i u图像中 再画出电源的i u图线 两线的交点坐标即小灯泡的工作电流和电压 尝试解题 将灯泡接到电源上时 作出电源的i u图像如图所示 读得两图线的交点坐标u 1 0v i 0 10a 即为此时灯泡两端的电压及通过灯泡的电流 则小灯泡消耗的功率p ui 1 0v 0 10a 0 1w 考向二电路的连接和数据分析典例2 2015 合肥模拟 为了测量一个 12v5w 的小灯泡在不同电压下的功率 给定了以下器材 电源 12v 电阻不计 电流表 0 0 6a 0 3a 内阻可忽略 电压表 0 3v 0 15v 内阻很大 滑动变阻器 阻值范围0 20 允许最大电流1a 开关一个 导线若干 实验时要求加在灯泡两端的电压可从0调到12v 1 将图甲中的实物图连接完整 解题引路 1 试画出本题实验的原理图 2 小灯泡的实际功率公式为p 解析 1 由于要求电压从0开始调节 故滑动变阻器应采用分压式接法 又因电流表内阻可忽略 则电流表采用内接法 外接法均可以 实物连接如图 考向三创新实验设计描绘小电珠伏安特性曲线实验原理的迁移应用典例3二极管是一种半导体元件 电路符号为 其特点是具有单向导电性 某实验小组要对一只二极管正向接入电路时的伏安特性曲线进行测绘探究 据了解 该二极管允许通过的最大电流为50ma 1 该二极管外壳的标识模糊了 同学们首先用多用电表的电阻挡来判断它的正负极 当将红表笔接触二极管的左端 黑表笔接触二极管的右端时 发现指针的偏角比较小 当交换表笔再次测量时 发现指针有很大偏转 由此可判断 填 左 或 右 端为二极管的正极 2 实验探究中他们可选器材如下 a 直流电源 电动势3v 内阻不计 b 滑动变阻器 0 20 c 电压表 量程15v 内阻约80k d 电压表 量程3v 内阻约30k e 电流表 量程0 6a 内阻约1 f 电流表 量程50ma 内阻约50 g 待测二极管h 导线 开关 为了提高测量精度 电压表应选用 电流表应选用 填序号字母 3 实验中测得的数据如下表 请在图坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线 4 同学们将该二极管与阻值为100 的定值电阻串联后接到输出电压恒为3v的电源两端 则二极管导通时定值电阻的功率为 w 尝试解题 解析 1 调到欧姆档时 在多用电表的内部 电源的正极是接在黑表笔上 负极是接在红表笔上 2 电源电压只有3v 所以电压表选d 二极管允许通过的最大电流为50ma 所以电流表选f 4 在图中画出阻值为100 的定值电阻的伏安特性图像 从图中找出两图像电流相同且电压之和等于3v时的电流值大约是13ma 则r的功率p i2r 0 017w 答案 1 左 2 df 3 伏安特性曲线如图所示 高考命题常涉及的几种创新角度 一 本题创新点分析1 源于教材 本例所用实验电路及研究方法与本实验相似 2 高于教材 本例描绘的实验元件不是小电珠 而是硅光电池 本例不是描绘伏安特性曲线而是反向伏安特性曲线 二 本实验还可以从以下方面进行改进判断实验器材的创新1 如何描绘二极管的伏安特性曲线 提示 电路连接及数据处理方法与描绘小电珠的伏安特性曲线相同 但要注意二极管的正负极 2 如何描绘一个太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线 提示 电路连线及数据处理方法与描绘小电珠的伏安特性曲线相同 但应注意太阳能电池的正负极 3 如何描绘一只标有 220v40w 的白炽灯的伏安特性曲线 提示 可以用交流电及可调变压器来进行测定 3 控制电路分滑动变阻器的分压式和限流式两种接法 两种接法的选择方法如下 1 若采用限流式接法不能控制电流 或电压 满足实验要求 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 若待测电阻的阻值比滑动变阻器的最大电阻大得多 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 应改用分压电路 3 若实验中要求测量电路中电压从零开始变化 则必须采用分压式接法 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 例二极管是电子线路中常用的电子元件 它的电路符号如图1甲所示 正常使用时 极一端接高电势 极一端接低电势 要描绘某二极管在0 8v间的伏安特性曲线 另提供有下列的实验器材 电源e 电动势为8v 内阻不计 多用电表电压挡有五个量程 分别为2 5v 10v 50v 250v 500v 可视为理想电压表 开关一个 滑动变阻器一个 表一块 导线若干 1 在图1的方框内画出测定二极管伏安特性曲线的电路原理图 多用电表在电路图中用表示 并注明多用电表电压挡所选量程 2 利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管两端的电压时 电流从 选填 红 或 黑 表笔流入电表 3 某同学通过实验得出了图2所示的伏安特性曲线图 接着 他又用该二极管 电源e和另一只固定电阻r等组成图3所示的电路 当闭合开关后 用多用电表的电压挡测得r两端的电压为0 8v 由此可以判断固定电阻r的阻值大约为 解题引路 解析 1 由题意可知电流正向通过二极管时 二极管的电阻较小 故表应外接 由于要描绘二极管在0 8v间的伏安特性曲线 故滑动变阻器应采用分压式接法 电源电动势为8v 故多用电表的电压挡选10v的 电路图如图所示 2 利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管两端的电压时 电流从红表笔流入多用电表 3 由闭合电路欧姆定律可知二极管两端的电压为7 2v 据伏安特性曲线图可知二极管两端的电压为7 2v时对应的电流是10ma 故电阻r的阻值大约为80 答案 1 见解析图 2 红 2 80 名校模题 1 2015 南通市高三调研 在描绘小灯泡的伏安特性曲线时 采用如图所示的电路 实验中发现移动滑动变阻器的滑片时 电流表的示数变化而电压表的指针不动 下列原因可能的是 a 灯泡中灯丝已烧断b 滑片接触不良c 灯泡内部短路d 滑动变阻器a端接触不良 解析 由图知 若电压表的电阻无穷大 移动滑片时 因电流表示数有变化 故和电流表串联的回路中不存在断点 故a错 若滑片接触不良 电路中不可能有电流 故b错 若滑动变阻器a端接触不良 滑片移动时电流表和电压表读数均变化 故d错 若灯泡内部短路则灯泡两端电压为零 电压表指针不动 移动滑片时 只有电流表指针变化 故选c 答案 c 2 2015 沈阳高三模拟 如图甲所示是某实验小组测定电阻约为10 的小灯泡的伏安特性曲线的电路图 图乙是他们按照图甲所示的电路在实物上连线的示意图 教师检查发现有一根导线的一端接错了地方 请你在图乙中的这根连线上画上 并直接在图上画出这根导线的正确连线 解析 由题图甲中可看出 测量小灯泡的伏安特性曲线的供电电路图是分压式接法 测量电路是电流表外接法 正确连线如下图所示 3 2015 洛川高三质检 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验中 使用的小电珠为 6v3w 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 2k 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 6v 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 在下面方框中画出实验的原理图 解析 小电珠额定电压为6v 额定电流为0 5a 即允许通过小电珠的电流最大不超过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 安全原则即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 即流过变阻器最大电流 i e r 应小于允许通过的最大电流 4 2015 柳州月考 某同学用如图所示电路 测绘标有 3 8v0 3a 的小灯泡的灯丝电阻r随电压u变化的图像 1 除了导线和开关外 有以下一些器材可供选择 电流表 a1 量程100ma 内阻约2 a2 量程0 6a 内阻约0 3 电压表 v1 量程5v 内阻约5k v2 量程15v 内阻约15k 滑动变阻器 r1 0 10 r2 0 2k 电源 e1 电动势为1 5v 内阻为0 2 e2 电动势为4v 内阻约为0 04 为了调节方便 测量准确 实验中应选用电流表 电压表 滑动变阻器 电源 填器材的符号 2 根据实验数据 计算并描绘出r u的图像如图所示 由图像可知 此灯泡在不工作时 灯丝电阻为 当所加电压为3v时 灯丝电阻为 灯泡实际消耗的电功率为 w 3 根据r u图像 可确定小灯泡消耗的电功率p与外加电压u的关系 符合该关系的示意图是下列图中的 高考真题 5 2013 江苏高考 为探究小灯泡的电功率p和电压u的关系 小明测量小灯泡的电压u和电流i 利用p ui得到电功率 实验所使用的小灯泡规格为 3 0v1 8w 电源为12v的电池 滑动变阻器的最大阻值为10 1 准备使用的实物电路如图 a 所示 请将滑动变阻器接入电路的正确位置 用笔画线代替导线 2 现有10 20 和50 的定值电阻 电路中的电阻r1应选 的定值电阻 3 测量结束后 应先断开开关 拆除 两端的导线 再拆除其他导线 最后整理好器材 4 小明处理数据后将p u2描点在坐标纸上 并作出了一条直线 如图 b 所示 请指出图像中不恰当的地方 3 实验结束 断开开关 拆除电池两端导线 以离电源短路 4 在坐标纸上描出的点并不在一条直线上 图线应为曲线 横坐标的标度值取得太大 应适当减小 答案 1 见解析图 2 10 3 电池 4 图线不应画为直线 横坐标的标度不恰当 6 2014 浙江理综 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1是部分连接好的