高三物理第七章 恒定电流 实验八 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i u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0 0 6a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 i u图线在u 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 4 电流表选择0 6a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 8v 0 3a 的小灯泡 选用电压表的15v量程 若使用 2 5v 0 6a 的小灯泡 则选用电压表的3v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 i u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 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0 2 5v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 a1v1 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 4v 2w 的小灯泡的u i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 6a 内阻约为1 b 电流表 量程3 0a 内阻约为0 2 c 电压表 量程5 0v 内阻约为5k d 电压表 量程15 0v 内阻约为15k e 滑动变阻器 最大阻值为200 额定电流100ma f 滑动变阻器 最大阻值为10 额定电流1 0a g 电源 电动势为6 0v 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u i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 acf 2 实物图如下图所示左 3 u i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6ma 最大电压不超过7v 的伏安特性曲线 设计电路如图6所示 图中定值电阻r为1k 用于限流 电流表 量程为10ma 内阻约为5 电压表 未画出 量程为10v 内阻约为10k 电源电动势e为12v 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0 200 额定电流0 3ab 阻值0 20 额定电流0 5a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0 200 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 16v时 i 0 06ma 则 100k 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 220v 100w 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200a 内阻约200 电压表v 量程3v 内阻约10k 电阻r0 阻值约20k 滑动变阻器r 最大阻值50 额定电流1a 电池组e 电动势3v 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4v 额定功率1 6w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 1v 4v 图10 现有器材 直流电源e 电动势4 5v 内阻不计 电压表v 量程4 5v 内阻约为4 104 电流表a1 量程250ma 内阻约为2 电流表a2 量程500ma 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 4a 400ma 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u i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u i关系完整曲线 并在图上标明所选器材的代号 a 电压表v1 0 3v 内阻5 0k b 电压表v2 0 6v 内阻8 0k c 电流表a1 0 0 6a 内阻3 0 d 电流表a2 0 3a 内阻0 5 e 滑动变阻器r1 30 2a f 滑动变阻器r2 100 0 5a g 学生电源 直流9v 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 8v 0 3a 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u i图线 以u为纵轴 图13 3 u1 1 00v和u2 3 00v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 2510 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 12 261 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 并调节电阻箱 但仍保持两个电压