高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第4讲 实验八 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件.ppt

第4讲实验八 描绘小灯泡的伏安特性曲线 一 实验目的1 描绘小灯泡的伏安特性曲线 2 分析伏安特性曲线的变化规律 二 实验原理1 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 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 由于小灯泡的电阻很小 为减小实验误差 采用电流表外接法 滑动变阻器采用分压式 使电压能从零开始连续变化 三 实验器材小灯泡 3 8v 0 3a 或 2 5v 0 6a 一个 电压表 0 3v 15v 与电流表 0 0 6a 3a 各一个 滑动变阻器 最大阻值20 一个 学生低压直流电源 或电池组 一个 开关一个 导线若干 坐标纸 铅笔 四 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 拆除电路 整理仪器 五 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 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 六 误差分析1 系统误差由于电压表 电流表不是理想电表 电表内阻对电路的影响带来的误差 2 偶然误差 1 电压表 电流表的读数带来的误差 2 在坐标纸上描点 作图带来的误差 七 注意事项1 闭合开关s前 滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端 从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化 同时 也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏 2 i u图线在u 1 0v左右将发生明显弯曲 故在u 1 0v左右要多测几组数据 以防出现很大误差 3 误差较大的点要舍去 i u图线应是平滑曲线而非折线 4 建立坐标系时 纵轴表示电流 横轴表示电压 两坐标轴选取的标度要合理 使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸 八 实验创新描绘小灯泡伏安特性曲线的实验 涉及电压 电流的测量以及分压电路和部分电路与闭合电路等知识 往往涉及的变化有以下几点 1 电流表和电压表改成用电流传感器和电压传感器 用数据采集器跟电脑相连 在电脑上直接生成小灯泡的伏安特性曲线 2 也可以与电流表和电压表的改装结合在一起考查 3 与电源的路端电压随电流变化的图象结合在一起考查 4 根据描绘小灯泡伏安特性的思想和方法迁移到研究其他电学元件的电学特性 考点二 考点一 考点三 实验原理与实验操作典例1 2016 重庆南开中学期中检测 2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈 海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫 以表彰他们对石墨烯的研究 他们最初是用透明胶带从石墨晶体上 粘 出一片石墨烯的 我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨 能导电 某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验 得到如下数据 i和u分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压 考点二 考点一 考点三 实验室提供如下器材 a 电流表a1 量程0 6a 内阻约为1 0 b 电流表a2 量程3a 内阻约为0 1 c 电压表v1 量程3v 内阻3k d 电压表v2 量程15v 内阻15k e 滑动变阻器r1 阻值0 10 额定电流2a f 滑动变阻器r2 阻值0 2k 额定电流0 5a g 稳压直流电源e 6v 开关和带夹子的导线若干以及长约14cm的绘图2b铅笔芯 考点二 考点一 考点三 1 为了完成实验电流表应该选择 电压表应该选择 滑动变阻器应该选择 填元件前字母 2 下列选项中的实验电路图合理的是 考点二 考点一 考点三 解题思路 1 根据测量的数据可知 测得的电路中的最大电流为0 48a 故电流表选用a 测得的电压最大值为2v 故电压表选c 因为电压要从零开始调节 故滑动变阻器选用分压法 用小的滑动变阻器就可方便调节 因此滑动变阻器选e 2 因为铅笔芯的电阻较小 为减小测量误差 用电流表外接法 故电路图选b 参考答案 1 ace 2 b 名师点睛 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 考点二 考点一 考点三 2015 广东东莞东华中学模拟 为研究小灯泡的伏安曲线的特性 选用小灯泡额定值为 3 0v 1 2w 实验仪器有 安培表 伏特表 开关 滑动变阻器 坐标纸 导线 1 为使小灯泡两端的电压从零开始 能在较大的范围调节 滑动变阻器应采用怎样连接 画出相关的电路图 答案 分压接法 如图所示 考点二 考点一 考点三 2 请根据你画的电路图 把图中的实验器材连成符合要求的实验电路 考点二 考点一 考点三 答案 如图所示 考点二 考点一 考点三 3 为使读数误差尽可能小 电压表的量程应选用3v挡 电流表的量程应选用0 6a挡 为保证实验安全 测量范围不能超过3v和0 4a 开始做实验闭合s前 应把p移到d端 解析 1 电压与电流从零开始变化 滑动变阻器应采用分压接法 小灯泡电阻远小于电压表内阻 所以电流表应采用外接法 实验原理图如答案中图所示 2 根据电路图 把图中的实验器材连成符合要求的实验电路 3 选用小灯泡额定值为 3 0v 1 2w 额定电压u 3v 所以电压表的量程应选用3v挡 额定电流i 0 4a 所以电流表的量程应选用0 6a挡 为保证实验安全 测量范围不能超过3v和0 4a 开始做实验闭合s前 为保护电路应把p移到d端 考点二 考点一 考点三 数据处理与误差分析典例2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡 其额定功率为0 75w 额定电压值已模糊不清 他们想测定其额定电压值 于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 然后根据公式计算出该灯泡的额定电压 1 22v 他们怀疑所得电压值不准确 于是 再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路 测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的u i图线 进而分析灯泡的额定电压 a 电压表v 量程3v 内阻约3k b 电流表a1 量程150ma 内阻约2 c 电流表a2 量程500ma 内阻约0 6 d 滑动变阻器r1 0 20 e 滑动变阻器r2 0 100 f 电源e 电动势4 0v 内阻不计 g 开关s和导线若干h 待测灯泡l 额定功率0 75w 额定电压未知 考点二 考点一 考点三 1 画出他们进行实验的电路原理图 指出上述器材中 电流表应选 填 a1 或 a2 滑动变阻器应选 填 r1 或 r2 2 在实验过程中 该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加 当电压达到1 23v时 发现灯泡亮度很暗 当达到2 70v时 发现灯泡已过亮 便立即断开开关 并将所测数据记录在下边表格中 请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的u i图线 考点二 考点一 考点三 3 由图象得出该灯泡的额定电压应为v 这一结果大于1 22v 其原因是 解题思路 1 因为灯泡两端的电压要从零开始调节 故滑动变阻器必须采用分压法 因为灯泡电阻较小 故用电流表外接法 根据测量数据可知灯泡两端的电流达到310ma 因此电流表选用a2 分压法为调节方便选用最大阻值小的滑动变阻器 因此选用r1 2 先将测量数据描在u i坐标系中 然后用平滑的曲线将各点连接 3 根据描得的图线可知当灯泡两端的电压为2 5v时 灯泡的额定电流为0 3a 此时灯泡的额定功率为0 75w 灯泡的电阻随温度的升高而增大 当灯泡两端的电压增大时 灯丝的温度也升高 故灯泡正常工作时的电阻大于常温下的电阻 考点二 考点一 考点三 参考答案 1 电路原理图如图甲所示a2r1 2 如图乙所示 3 2 5 2 4 2 6均可 灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻 或灯泡电阻随温度升高而变大 名师点睛 在描点时 一是不要忘了 0 0 这个点 二是连线时用平滑的曲线连接 使尽量多的点落在曲线上 不在线上的点均匀分布在线的两侧 较远的点舍去 三是理解曲线斜率的意义 如果是u i图线斜率表示电阻 如果是i u图线斜率表示电阻的倒数 考点二 考点一 考点三 2015 浙江宁波镇海中学模拟 led发光二极管 如图甲 技术得到广泛应用 下表为某发光二极管的正向电压u与正向电流i关系的数据 考点二 考点一 考点三 1 根据以上数据 在图乙中画出电压在2 50v 3 00v范围内二极管的i u图线 答案 如图所示 考点二 考点一 考点三 2 分析二极管的i u图线可知二极管的电阻随u变大而变小 填 变大 变小 或 不变 在电压2 50v 3 00v范围内电阻最小约为970 20 保留三位有效数字 3 某同学用伏安法测电阻的电路验证该二极管的伏安特性曲线 要求二极管的正向电压从0开始变化 并使测量误差尽量减小 图丙是实验器材实物图 电压表量程为3v 内阻约为3k 电流表量程为5ma 内阻约为10 图丙中已连接了部分导线 请按实验要求将实物图中的连线补充完整 答案 如图所示 考点二 考点一 考点三 解析 1 先描点 然后将描出的点用平滑的曲线连接 2 i u图象的斜率表示电阻的倒数 随u变大 斜率变大 表示电阻变小 因此当电压u 3v时 电阻最小 大约为970 20 3 要描绘伏安特性曲线 需要将二极管两端的电压从零开始调节 故用分压法 因为电阻比较大 为减小测量误差用电流表内接法 考点一 考点三 考点二 同类实验拓展与创新典例3硅光电池在无光照时不产生电能 可视为一电子元件 某实验小组设计如图甲电路 给硅光电池加反向电压 硅光电池负极接高电势点 正极接低电势点 探究其在无光照时的反向伏安特性 图中电压表v1量程选用3v 内阻为6 0k 电压表v2量程选用15v 内阻约为30k r0为保护电阻 直流电源电动势e约为12v 内阻不计 1 根据图甲 用笔画线代替导线 将图乙连接成完整电路 考点一 考点三 考点二 2 用遮光罩罩住硅光电池 闭合开关s 调节变阻器r 读出电压表v1 v2的示数u1 u2 某次测量时 电压表v1示数如图丙 则u1 v 可算出通过硅光电池的反向电流大小为ma 保留两位小数 该小组测出大量数据 筛选出下表所示的9组u1 u2数据 算出相应的硅光电池两端反向电压ux和通过的反向电流ix 表中 表示反向 并在坐标纸上建立ix ux坐标系 标出了与表中前5组ux ix数据对应的5个坐标点 请你标出余下的4个坐标点 并绘出ix ux图线 考点一 考点三 考点二 由ix ux图线可知 硅光电池无光照下加反向电压时 ix与ux成 填 线性 或 非线性 关系 考点一 考点三 考点二 考点一 考点三 考点二 参考答案 1 如图所示 考点三 考点二 考点一 2 1 400 23 如图所示 非线性 考点三 考点二 考点一 名师点睛 1 根据图象分析 若图线是直线 则ix与ux呈线性关系 若图线是曲线 则ix与ux成非线性关系 2 本实验还可以从以下三个方面改进和创新 描绘二极管的伏安特性曲线 描绘太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线 测定小灯泡在不同电压下的电功率 描绘小灯泡电功率与两端电压的平方的曲线 考点三 考点二 考点一 2015 聊城二模 热敏电阻包括正温度系数电阻器 ptc 和负温度系数电阻器 ntc 正温度系数电阻器 ptc 在温度升高时电阻值越小 负温度系数电阻器 ntc 在温度升高时电阻值越大 某实验小组欲探究通过热敏电阻r1 常温下阻值约为10 0 的电流随其两端电压变化的特点 现提供下列器材 a 电流表a1 量程100ma 内阻约1 b 电流表a2 量程0 6a 内阻约0 3 c 电压表v1 量程3 0v 内阻约3k d 电压表v2 量程15 0v 内阻约10k e 滑动变阻器r 最大阻值为10 f 电源e 电动热15v 内阻忽略 g 开关 导线若干 考点三 考点二 考点一 1 该小组测出热敏电阻r1的u i图线如甲图曲线 所示 该热敏电阻是ntc热敏电阻 填 ptc 或 ntc 考点三 考点二 考点一 2 请在所提供的器材中选择必需的器材 电流表应选b 电压表应选d 填写器材前面的字母 3 该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻r2的u i图线如曲线 所示 然后将热敏电阻r1 r2分别与某电池组连成如图乙所示电路 测得通过r1和r2的电流分别为0 30a和0 60a 则该电池组的电动势为10 0v 结果保留三位有效数字 考点三 考点二 考点一 1 2015 长春质检 在探究小灯泡的伏安特性实验中 所用器材有 小灯泡l 量程恰当的电流表a和电压表v 直流电源e 滑动变阻器r 开关s等 要求小灯泡两端电压从零开始变化 1 实验中滑动变阻器应采用分压接法 填 分压 或 限流 2 某同学已连接如图所示的电路 在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前 请指出其中仅有的两个不当之处 并说明如何改正 开关s闭合 应处于断开状态 滑动变阻器滑片位置不当 应将其置于b端 解析 1 因为小灯泡两端的电压要从零开始变化 故滑动变阻器只能采用分压接法 2 在电路接好并检查是否