实验(一)：描绘小灯泡的伏安PPT课件

一、实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。二、实验原理1.利用电流表测出通过小灯泡的电流，利用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U,I)值，在U-I坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线了。,实验(一)：描绘小灯泡的伏安特性曲线,.,2,滑动变阻器的限流接法电路分析,右边电阻Rpb两端被导线连接Rpb被短路即电流直接由导线流过不经过Rpb,Rpa,Rpb,从滑片p所在处把滑动变阻器切成左右两部分,在分析电路连接时可直接把短路电阻Rpb去掉,.,3,滑动变阻器的限流接法电路分析,Rap,Rbp,从滑片p所在处把滑动变阻器切成左右两部分,Rbp因电路断路无电流通过,P,P,.,4,滑动变阻器的限流接法分析,滑动变阻器的限流接法必须把滑动变阻器的两个接线柱连入电路，即一个下，一个上接线柱,滑动变阻器的a、B接线柱连入电路时,ap为滑动变阻器连入电路有效电阻，向右移连入电路电阻变大,P,总结：当滑动变阻器使用a接线柱连入电路时,上面A、B均可，则ap部分连入电路.当滑动变阻器使用b接线柱连入电路时,上面A、B均可，则bp部分连入电路.,.,5,R0,P在a端，R0被短接分压为零，R两端获电压最大为E,P在b端，R0被全部接入电路分压最大，R两端获电压最小，,此时,所以,RE/(R+R0)URE,滑动变阻器的限流接法电路电压变化范围分析,.,6,a,b,P,A,B,RL,Rap,Rbp,P,P,滑动变阻器的分压接法分析,滑动变阻器的分压接法必须把滑动变阻器的三个接线柱连入电路，即两个下，一个上接线柱,滑动变阻器的ap部分电阻与灯电阻并联整体再与滑动变阻器的pb部分电阻串联,P,分支点,汇合点,.,7,滑动变阻器的分压接法电路分析,滑动变阻器使用了三个接线柱先连两个下接线柱，再连“一上”、“一下”两个接线柱,下,下,上,.,8,滑动变阻器的分压接法实物电路分析,滑动变阻器使用了三个接线柱先连两个下接线柱，再连“一上”、“一下”两个接线柱,下,下,上,上,+,-,下,下,上,R,.,9,RaP,RbP,等效电路,R,Rab,P在b端R与Rab并联，电路中电阻最小，R两端电压最大为E,R,Rab,P在a端R被短路，电路中电阻最大，R两端电压为零,0URE,滑动变阻器的分压接法电路电压变化范围分析,.,10,2.滑动变阻器的限流接法和分压接法对比,(2)限流电路、分压电路的选择原则：限流式适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。分压式适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。因为Rx很小，限流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围越大。Rx很大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，触头移动时，电压变化接近线性关系，便于调节。若采用限流式不能控制电流满足实验要求，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，则必须选用分压式。若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头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。若实验中要求电压从零开始连接可调，则必须采用分压式电路。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。,四、实验步骤1.根据小灯泡上标出的额定电压和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程；2.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所示的电路；3.将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多组U、I数值，将测量数据填入表格中；4.断开开关，拆除电路。,三、实验器材小灯泡(3.8V,0.3A)或(9V,0.7A)一个，电压表(03V15V)与电流表(00.6A3A)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)，开关一个，导线若干，坐标纸、铅笔。,五、数据处理实验中的U、I数据记入下表中,六、误差分析1.电表的精度和读数带来的误差；2.描点、作图所带来的误差；3.对图象进行分析计算所带来的误差。,(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；(2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。,七、注意事项1.实验前注意检查电表是否指零，如果不指零，要调节定位螺丝使指针指零。经过计算可知，小灯泡电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法；2.实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换。当U3V时采用03V量程；U3V时采用015V量程；3.闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到一端，使开关闭合时小灯泡两端的电压能从零开始逐渐增大，在滑片移动的过程中，加在小灯泡两端的电压不要超过小灯泡的额定电压。4.画U-I图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别偏离较远的点应该舍弃。,.,15,例题1.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，除标有“6V1.5W”字样的小电珠、导线和开关外，还有下列器材:A.直流电源（6V，内阻不计）;B.直流电流表（量程为3A,内阻0.1以下）;C.直流电流表（量程为300mA,内阻约为5);D.直流电压表（量程为10V,内阻约为15k)；E.滑动变阻器（10,2A);F.滑动变阻器（1k,0.5A）.,.,16,实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_.（均用序号表示）(2)在虚线框内画出实验电路图.,.,17,(3)试将图实八-8所示的器材连成实物电路.,.,18,+,-,.,19,【解析】由于I额=250mA，故电流表应选C；因要求小电珠两端的电压从零开始变化，甲滑动变阻器应采用分压接法，应选小阻值的E.（1）实验中电流表应选C,滑动变阻器应选用E.（2）实验电路图如图甲所示.,.,20,(3)实物连接图如图乙所示.答案:(1)CE(2)见解析图甲（3）见解析图乙,.,21,【例2】（2010海淀模拟）在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：,.,22,（1）在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_.（2）在图实八-2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路.,.,23,（3）利用实验中得到的实验数据在I-U坐标系中，描绘出了图实八-3所示的小电珠的伏安特性曲线.根据此图给出的信息，可以判断出图中正确的是（图中P为小电珠功率）_.,.,24,下,下,上,先连两个“下”接线柱，再连“一上”、“一下”两个接线柱,-,.,25,【标准解答】（1）为方便电路调节，滑动变阻器应选择R1；小电珠正常工作时I额=0.3A=300mA100mA，故电流表应选A2.（2）因为要求小电珠上的电压从0开始增大，应选用分压电路；而小电珠正常工作时R灯=13RV=5k，故电流表应选择外接法，其电路如图所示.,.,26,（3）在I-U图象中，图线斜率逐渐减小，小电珠的R逐渐增大；由知在P-U2图象中，图线的斜率应逐渐减小，故B错；由P=I2R得在P-I2图象中图线斜率R应逐渐增大，故D正确.答案：（1）R1A2（2）见标准解答图（3）D,.,27,【例3】在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：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，要求灯泡两端电压从0V开始变化。(1)实验中滑动变阻器应采用_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2个不当之处，并说明如何改正。A._。B._。,(1)当要求电压从0V开始变化时，就应选用分压式接法。(2)采用分压式接法时，闭合开关前，应让滑动变阻器所调节的电路处于短路状态，而采用限流式接法时，闭合开关前，应让滑动变阻器在所处的电路中阻值处于最大值。,(2)A.实验开始之前，应把电路断开，故开关S应处于断开状态；B.滑动变阻器的滑动触头放在该位置时，电压几乎全部加在小灯泡上，因此，小灯泡两端的电压过大，可能烧毁小灯泡。应将其滑动触头置于b端。,【解析】(1)题目要求灯泡两端电压从0V开始变化，因此滑动变阻器必须采用分压接法。,.,29,1.某同学用图实八-12所示电路，测绘标有“3.0V,0.3A”的小电珠的灯丝电阻R随电压U变化的图象.（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3V,内阻约5k);V2(量程15V,内阻约15k)；,补充练习：,.,30,滑动变阻器：R1（阻值范围010)；R2（阻值范围02k)；电源:E1(电动势为1.5V,内阻约为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）,.,31,(2)根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图实八-13所示.由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_;当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为_W.,.,32,（3）根据R-U图象，可确定小电珠消耗电功率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_.,.,33,【解析】(1)描绘小电珠的电阻随电压变化的规律，即要求测出小电珠两端的电压从零到额定电压各个不同状态的电阻阻值，为保证能够测得额定电压下的电阻，则要求电源的电动势略大于额定电压，所以电源应选E2;由题可知小电珠的额定电流为0.3A,所以选用的电流表的量程应略大于0.3A,故电流表应选A2;为减小读数误差，在电压表量程满足条件的前提下，应尽量选择小量程的电压表，故电压表应选V1;为了调节电压方便，应选择小阻值的滑动变阻器，故滑动变阻器应选R1.,.,34,（2）小电珠不工作时的电阻，即其两端电压为零时的阻值，由题给R-U图象可以看出，当灯泡两端电压为0时所对应的电阻为1.5；由图象可以看出，当灯泡两端的电压为3.00V时，所对应的电阻阻值为11.5；灯泡的功率为W=0.78W.,.,35,(3)当灯泡两端的电压为0时，灯泡的功率也为零，所以B、D均错;由可知，在图象中选取几个特殊点，分别计算在不同电压下灯泡的功率，定性地作出P-U图象，可得图象A正确.答案:（1）A2V1R1E2（2）1.511.50.78(3)A,.,36,2.（2010厦门模拟）为描绘小电珠的伏安特性曲线，实验桌上准备有下列器材：A.标有“8V4W”小电珠一只B.电动势E=9V，内阻不计的电源一个C.量程为00.63A双量程电流表一个，内阻依次为0.5和0.1D.量程为0315V双量程电压表一个，内阻依次为5k和30kE.滑动变阻器R（0100），额定电流为2AF.电键、导线若干,.,37,要求从中选择部分器材，组成电路，描绘小电珠的伏安特性曲线，要求能完整描绘小电珠的伏安特性曲线.（1）电流表的量程应该选择_A，电压表的量程应该选择_V.（2）在虚线框中画出你设计的实验电路图.,.,38,（3）依据实验操作中得到的数据，你认为小电珠的伏安特性曲线合理的是_.,.,39,【解析】（1）要能完整描绘“8V4W”小电珠的伏安特性曲线，而小电珠的额定电压为8V，故电压表的量程应该选择015V；又小电珠的额定电流为0.5A，故电流表的量程应该选择00.6A.（2）题目要求能完整描绘小电珠的伏安特性曲线，电压要求从零开始连续可调，调节范围应为0E，滑动变阻器应用分压式接法，且滑动变阻器的滑片开始应在最左端；又小电珠电阻为16，所选量程的电流表所对应内阻为0.5，所选量程的电压表所对应内阻为30k，满足电流表应选用外接法.,.,40,（3）因为电压升高，电流增大，温度升高，所以小电珠的灯丝电阻随温度的升高而增大，故小电珠的伏安特性曲线合理的是B图.答案：(1)00.6015(2)(3)B,.,41,3.一个小灯泡的额定电压为6.3V，额定电流约为0.3A，用以下所给的实验器材描绘出小灯泡的伏安特性曲线，实验电路如右图所示,.,42,电源E1：电动势为8.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为010V，内阻约为10k；电流表A1：量程为03A，内阻约为0.1；电流表A2：量程为0300mA，内阻约为1；滑动变阻器R：最大阻值10，额