描绘小灯泡的伏安特性曲线实验讲义

1、根本实验要求逃修3-1第职定电帽实验八描绘小电珠的伏安特性曲线考编解谀J1 一掌握滑动受阻器的使用方法及连接方式卫掌握伏安轴性曲域的摘嵬肯法a理即小电型的伏安特惟衡线为什么 不是一条直线1. 实验原理(1) 测多组小电珠的 U、I的值,并绘出I U图象；(2) 由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系.2. 实验器材小电珠3.8 V,0.3 A、电压表.3 V15 V、电流表00.6 A3 A、滑动变阻器、学生电 源、开关、导线假设干、坐标纸、铅笔.3. 实验步骤(1) 画出电路图(如实验原理图甲).(2) 将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图 乙所示的电

2、路.(3) 测量与记录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,并将测量数据填入自己设计的表格中.(4) 数据处理 在坐标纸上以 U为横轴,I为纵轴,建立直角坐标系. 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接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线.4. 实验器材选取(1) 原那么：平安；精确；操作方便.(2) 具体要求 电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流.干电池中电流一般不允许超过0.6 A. 用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流. 电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值.1 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的三以上

3、.3 从便于操作的角度来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器.规律方法总结1. 滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比拟两种接法的电路图负载R上电压的调节围负载R上电流的调节围0< U< E一 .E0 v旧RRER+ R0< " EE . ER+ R.'R2. 两种接法的适用条件(1) 限流式接法适合测量阻值较小旭阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变 阻器的最大电阻还小).(2) 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大).3. 考前须知(1) 电路的连接方式： 电流表应采用

4、外技法：由于小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小,与量程为0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大. 滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从0开始连续变化.(2) 闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0的一端,使开关闭合时小电珠的电压能从 0开始变化,同时也是为了预防开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧 坏灯丝.(3) I- U图线在 顷=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在 U= 1.0 V左右绘点要密,以防出现较 大误差.4. 误差分析1由于电压表不是理想电表,阻并非无穷大,会带来误差,电流表外接,由于电压表的分 流,使测得的电流值大项实值.2

5、测量时读数带来误差.在坐标纸上描点、作图带来误差.考点一实验原理与电路设计1 .电表读数及实验电路2021理综22图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验的实物连接图.图1图21根据图1画出实验电路图；调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的、所示,电流表量程为0.6 A,电压表量程为 3 V.所示读数为： 组数据得到的电阻分别为 答案 1见解析图 0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.27 V 8.3 Q8.3 坦.1 Q 均可2.7 Q2.7 d0.1 Q 均可如填为 2.7 Q2.7 也.1 Q均可8. 3 Q8.3坦.1 Q均可也行解析1描绘小灯泡的伏安

6、特性曲线需要测量电压围大,变阻器用分压式接法,小灯泡电 阻比拟小,电流表要外接,电路图如下图.,®®1L 1H E 导2电流表量程为0.6 A时,最小刻度为0.02 A,读数读到小数点后两位,所以表示数为0.10A, 表示数为0.24 A ;电压表量程为 3 V,最小刻度为0.1 V,应估读到0.01 V,所以表Ui 2.00 V_5 0.27小数为2.00 V,表小数为 0.27 V,根据欧姆定律 R= = 024 = 8.3 Q, R = 奇 Q=2.7 Q.2. 器材选取和电路设计小亮同学为研究某电学元件最大电压不超过2.5 V,最大电流不超过0.55 A的伏安特性曲

7、线,在实验室找到了以下实验器材：A. 电压表量程3 V,阻6 kQB. 电压表量程15 V ,阻30 k QC. 电流表量程0.6 A,阻0.5 QD. 电流表量程3 A,阻0.1 QE. 滑动变阻器阻值围05 Q,额定电流为0.6 AF. 滑动变阻器阻值围0100 Q,额定电流为0.6 AG. 直流电源电动势E= 3 V,阻不计H. 开关、导线假设干.该同学设计电路并进行实验,通过实验得到如下数据I和U分别表示电学元件上的电流和电压.1为了提升实验结果的准确程度,电流表选顼压表选动变阻器选以上均填写器材代号I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.5

8、0U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002请在虚线框中画出实验电路图.答案 (1)C A E (2 )见解析图解析(1)从表格中的实验数据可知,电流测量值I的围为00.50 A,电压测量值 U的围为02.00 V,因此电流表应选 C,电压表应选 A.由于本实验要测量多组(U, I)值,需使电压U连续变化,因此,滑动变阻器应接成分压式,应选阻值较小的滑动变阻器E. U,一 ,(2) 由表格中的数据,根据R=估算电学元件的电阻值大约为几欧,因此电流表外接.电路图如下图.3. 器材选取和电路设计要测绘一个标有“6 V 2.5 W小灯泡的伏安特性曲线,

9、要求屡次测 量尽可能减小实验误差,备有以下器材：A. 直流电源(6 V,阻未知)B. 电流表G(满偏电流3 mA,阻Rg = 10 Q)C. 电流表 A(00.6 A,阻未知)D. 滑动变阻器 R(020 Q, 5 A)E. 滑动变阻器 R'(0200 Q, 1 A)F. 定值电阻R0(阻值1 990 Q)G. 开关与导线假设干(1)由于所给实验器材缺少电压表,某同学直接把电流表G作为电压表使用测出小灯泡两端电压,再用电流表 A测出通过小灯泡的电流,从而画出小灯泡的伏安特性曲线,该方案实际上不可行,其最主要的原因是 (2)为完本钱实验,滑动变阻器应选 器材前的序号).(3) 请在图3中

10、完本钱实验的实物电路图的连线.答案图3电流表G分压较小,导致电流表 A指针偏转很小,误差较大D (3)如下图解析、方法点援(1) 电流表G测量电压围太小,导致电流表 A指针偏转很小,误差较大.(3) 由于满足灯泡电阻和电流表阻接近,所以电流表应用外接法,由于伏安特性曲线中的电压和电流均要从 0开始测量,所以滑动变阻器应采用分压式接法,故滑动变阻器应选 D,实物电路图的连线如下图.电学实验电路设计的思路与方法1. 首先应明确题目的要求,看清题目要求测定什么物理量,验证、探究什么物理规律,或 要求设计到达何种标准的电路等.其设计原那么是：平安、方便、经济.2. 在测量电路中,一般有电流表接和外接两

11、种方法,对于给定电表阻的情况,应先比拟R) 与待测电阻 R的关系,其中 R)= JRR/,假设R<>R0,那么设计为电流表接法；假设 R<R,那么设 计为电流表外接法；假设电表量程不适宜,往往还要用定值电阻对电表进行改装.3. 限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：采用限流式接法时不能限制电流 (或电压)满足实验要求,即滑动变阻器阻值调到最大,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(或额定电压),那么必须选用分压式接法.(2) 假设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

12、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围不够大,此时,应改用分压式接法.(3) 假设实验中要求测量电路中电压从0开始变化,那么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,由于限流式接法电路简单、耗能低.考点二数据处理及误差分析4. 实物连接及数据处理(2021理综19(2)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图 4甲所示,现已完成局部导线的连接.实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;1 r图4某次测量,电流表指针偏转如图乙所

13、示,那么电流表的示数为该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将只相同的小电珠并联后,直接与电动势为 3 V、阻为1 Q的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为W促留两位小数).答案 连线如下图 0.44 4 2.25解析 由题图乙知电流表量程为 0.6 A,所以读数为0.44 A;电源阻为1 Q,所以当外电路总电阻等于电源阻时,电源的输出功率最大, 即小电珠的总功率最大, 此时外电路电压等于电压等于1.5 V,由题图丙知当小电珠电压等于1.5 V时电流约为0.38 A,此时电阻约为UR= J = 3.95 Q-4 Q,并联后的总电阻为1 Q,所以需要4个小电珠

14、并联,小电珠消耗的总yU2 1.52功率约为 P= W = 2.25 W.R卜15. 两种图线结合处理实验数据由金属丝制成的电阻器阻值会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线.可供选择的实验器材有：A. 待测电阻器 R2.5 V,1.2 WB. 电流表A00.6 A,阻为1 QC. 电压表 V03 V,阻未知D. 滑动变阻器010 Q,额定电流为1 AE. 电源E= 3 V,阻 r= 1 QF. 定值电阻R0阻值为5 QG. 开关一个和导线假设干1实验时,该同学采用电流表接法,并且电阻器两端电压从零开始变化,请在方框画出实 验电路图.根据正确

15、的电路图,该同学测得实验数据如下:I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00Ur/V其中,I是电流表的示数,U是电压表的示数,Ur是电阻器两端的实际电压.请通过计算补全表格中的空格,然后在图 5中画出电阻器的伏安特性曲线.(3) 该同学将本实验中的电阻器R以及给定的定值电阻Ro二者串联起来,接在本实验提供的电源两端,贝U电阻器的实际功率是 W (结果保存两位小数)答案见解析 解析(1)要使电阻器两端电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法.电路图如图甲所示.Ur= U Ir,数据如下表.电阻(

16、2) 电压表的示数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压:器的伏安特性曲线如图乙中曲线所示.Ur/V0.100.200.350.600.901.452.052.52由5+I(r + R0)= E作出UI图象如图乙中直线所示, 由此图象与电阻器 UI图线的交点 可得此时电阻器的电压 Ur= 0.9 V,电流I= 0.35 A,电阻器的实际功率为 P= UrI 0.32 W. 方法点援. 1电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法U= EIr,整理可得I电源对电路中小灯泡供电工作,显然路端电压与电路中电流满足关系E U汗,-即可作出一条电源的伏安特性曲线.同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性

17、曲线, 两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律,又满足小灯泡的伏安特性曲线特点,即为所求的电流与电压值.考点三实验拓展与创新6. 实验创新LED二极管的应用是非常广泛的,2021年诺贝尔物理学奖被授予了日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二,以表彰他们创造了蓝色发光二极管(LED),并因此带来的新型节能光源.某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线,实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.U/V0.00.400.801.201.602.002.402.80I/mA0.00.92.34.36.812.019.030.0实验室提供了以下器材：A. 电压表(量程03 V,阻约2

18、0 k Q)B. 电压表(量程015 V,阻约100 k Q)C. 电流表(量程050 mA,阻约40 Q)D. 电流表(量程00.6 A,阻约2 Q)E. 滑动变阻器(阻值围020 Q,允许最大电流 2 A)F. 电源(电动势6 V,阻不计)G. 开关,导线假设干甲 I I乙图6(1) 该同学做实验时,电压表选用的是 电流表选用的是 选项字母).(2) 如图6甲中的实物连线已经连了局部电路,请按实验要求将实物图中的连线补充完整.(3) 根据表中数据,请在图乙中画出该二极管的I U图线.(4) 假设此发光二极管的最正确工作电流为15 mA ,现将此发光二极管与电动势为 3 V、阻不计的电池组相

19、连,还需串联一个阻值 R= 的电阻,才能使它工作在最正确状态.(结果保留两位有效数字)答案 (1)A C (2)见解析图甲(3)见解析图乙(4)53解析(1)根据实验数据表可知电压最大为2.80 V,最大电流为30.0 mA,所以电压表应选择A,电流表应选择C.,一,R/ R -,(2)通过估算二极管的阻值可知满足所以电流表应用外接法.R< Ra由于电流、电压从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法,连线图如图甲所示.甲(3) 画出的I U图象如图乙所示乙(4) 根据闭合电路欧姆定律应有I =,M,由I- U图象可读出1= 15 mA时对应的电压U= 2.2Rx十RV,可求出 Rq 146.7 Q,代入数据解得 Rq 53 Q.7. 实验拓展(2021单科10)为探究小灯泡的电功率