描繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)講義

1、基本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)原理(1)測(cè)多組小電珠的u、i的值，并繪出iu圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)器材小電珠“3.8 v,0.3 a”、電壓表“03 v15 v”、電流表“00.6 a3 a”、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆3實(shí)驗(yàn)步驟(1)畫出電路圖(如實(shí)驗(yàn)原理圖甲)(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示的電路(3)測(cè)量與記錄移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭位置，測(cè)出12組左右不同的電壓值u和電流值i，并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格中(4)數(shù)據(jù)處理在坐標(biāo)紙上以u(píng)為橫軸，i為縱軸，建立直角坐標(biāo)系在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所

2、對(duì)應(yīng)的點(diǎn)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線4實(shí)驗(yàn)器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便(2)具體要求電源允許的最大電流不小于電路中的實(shí)際最大電流干電池中電流一般不允許超過0.6 a.用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實(shí)際最大電流電壓表或電流表的量程不能小于被測(cè)電壓或電流的最大值電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測(cè)電阻相近的滑動(dòng)變阻器，分壓式接法要選用較小阻值的滑動(dòng)變阻器規(guī)律方法總結(jié)1滑動(dòng)變阻器的限流式接法和分壓式接法比較兩種接法的電路圖負(fù)載r上電壓的調(diào)節(jié)范圍ue0ue負(fù)載r上電流的調(diào)節(jié)范圍i0i2.兩種接法的適用條

3、件(1)限流式接法適合測(cè)量阻值較小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的最大電阻還小)(2)分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻(一般比滑動(dòng)變阻器的最大電阻要大)3注意事項(xiàng)(1)電路的連接方式：電流表應(yīng)采用外接法：因?yàn)樾‰娭?3.8 v,0.3 a)的電阻很小，與量程為0.6 a的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化(2)閉合開關(guān)s前，滑動(dòng)變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓能從0開始變化，同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲(3)iu圖線在u01.0 v

4、左右將發(fā)生明顯彎曲，故在u1.0 v左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差4誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，會(huì)帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值(2)測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來誤差(3)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來誤差考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì)1電表讀數(shù)及實(shí)驗(yàn)電路(2015·浙江理綜·22)圖1是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖圖1圖2(1)根據(jù)圖1畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖2中的、所示，電流表量程為0.6 a，電壓表量程為3 v所示讀數(shù)為：_、_、_、_.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為

5、_和_答案(1)見解析圖(2)0.10 a0.24 a2.00 v0.27 v8.3 (8.3±0.1 均可)2.7 (2.7±0.1 均可)如填為2.7 (2.7±0.1 均可)83 (8.3±0.1 均可)也行解析(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線需要測(cè)量電壓范圍大，變阻器用分壓式接法，小燈泡電阻比較小，電流表要外接，電路圖如圖所示(2)電流表量程為0.6 a時(shí)，最小刻度為0.02 a，讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)后兩位，所以表示數(shù)為0.10 a，表示數(shù)為0.24 a；電壓表量程為3 v，最小刻度為0.1 v，應(yīng)估讀到0.01 v，所以表示數(shù)為2.00 v，表示數(shù)為0

6、.27 v，根據(jù)歐姆定律r18.3 ，r2 2.7 .2器材選取和電路設(shè)計(jì)小亮同學(xué)為研究某電學(xué)元件(最大電壓不超過2.5 v，最大電流不超過0.55 a)的伏安特性曲線，在實(shí)驗(yàn)室找到了下列實(shí)驗(yàn)器材：a電壓表(量程3 v，內(nèi)阻6 k)b電壓表(量程15 v，內(nèi)阻30 k)c電流表(量程0.6 a，內(nèi)阻0.5 )d電流表(量程3 a，內(nèi)阻0.1 )e滑動(dòng)變阻器(阻值范圍05 ，額定電流為0.6 a)f滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0100 ，額定電流為0.6 a)g直流電源(電動(dòng)勢(shì)e3 v，內(nèi)阻不計(jì))h開關(guān)、導(dǎo)線若干該同學(xué)設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)(i和u分別表示電學(xué)元件上的電流和電壓).i/

7、a00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50u/v00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電流表選_；電壓表選_；滑動(dòng)變阻器選_(以上均填寫器材代號(hào))(2)請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖答案(1)cae(2)見解析圖解析(1)從表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電流測(cè)量值i的范圍為00.50 a，電壓測(cè)量值u的范圍為02.00 v，因此電流表應(yīng)選c，電壓表應(yīng)選a.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)要測(cè)量多組(u，i)值，需使電壓u連續(xù)變化，因此，滑動(dòng)變阻器應(yīng)接成分壓式，故選阻值較小的滑動(dòng)變阻器e.(2)由表格中的數(shù)據(jù)，

8、根據(jù)r，估算電學(xué)元件的電阻值大約為幾歐，因此電流表外接電路圖如圖所示3器材選取和電路設(shè)計(jì)要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“6 v2.5 w”小燈泡的伏安特性曲線，要求多次測(cè)量盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差，備有下列器材：a直流電源(6 v，內(nèi)阻未知)b電流表g(滿偏電流3 ma，內(nèi)阻rg10 )c電流表a(00.6 a，內(nèi)阻未知)d滑動(dòng)變阻器r(020 ，5 a)e滑動(dòng)變阻器r(0200 ，1 a)f定值電阻r0(阻值1 990 )g開關(guān)與導(dǎo)線若干(1)由于所給實(shí)驗(yàn)器材缺少電壓表，某同學(xué)直接把電流表g作為電壓表使用測(cè)出小燈泡兩端電壓，再用電流表a測(cè)出通過小燈泡的電流，從而畫出小燈泡的伏安特性曲線，該方案實(shí)際上不可行，其最主

9、要的原因是_.(2)為完成本實(shí)驗(yàn)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_(填器材前的序號(hào))(3)請(qǐng)?jiān)趫D3中完成本實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖的連線圖3答案(1)電流表g分壓較小，導(dǎo)致電流表a指針偏轉(zhuǎn)很小，誤差較大(2)d(3)如圖所示解析(1)電流表g測(cè)量電壓范圍太小，導(dǎo)致電流表a指針偏轉(zhuǎn)很小，誤差較大(2)、(3)由于滿足燈泡電阻和電流表內(nèi)阻接近，所以電流表應(yīng)用外接法，由于伏安特性曲線中的電壓和電流均要從0開始測(cè)量，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選d，實(shí)物電路圖的連線如圖所示電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的思路與方法1首先應(yīng)明確題目的要求，看清題目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路等其

10、設(shè)計(jì)原則是：安全、方便、經(jīng)濟(jì)2在測(cè)量電路中，一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方法，對(duì)于給定電表內(nèi)阻的情況，應(yīng)先比較r0與待測(cè)電阻rx的關(guān)系，其中r0，若rx>r0，則設(shè)計(jì)為電流表內(nèi)接法；若rx<r0，則設(shè)計(jì)為電流表外接法；若電表量程不合適，往往還要用定值電阻對(duì)電表進(jìn)行改裝3控制電路分滑動(dòng)變阻器的分壓式和限流式兩種接法，兩種接法的選擇方法如下：(1)采用限流式接法時(shí)不能控制電流(或電壓)滿足實(shí)驗(yàn)要求，即滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測(cè)電阻的額定電流(或額定電壓)，則必須選用分壓式接法(2)若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器的最大電阻大得

11、多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓式接法(3)若實(shí)驗(yàn)中要求測(cè)量電路中電壓從0開始變化，則必須采用分壓式接法(4)兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、耗能低考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析4實(shí)物連接及數(shù)據(jù)處理(2015·福建理綜·19(2)某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實(shí)驗(yàn)器材如圖4甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；圖4某

12、次測(cè)量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_a；該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動(dòng)勢(shì)為3 v、內(nèi)阻為1 的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_w(保留兩位小數(shù))答案連線如圖所示0.4442.25解析由題圖乙知電流表量程為0.6 a，所以讀數(shù)為0.44 a；電源內(nèi)阻為1 ，所以當(dāng)外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大，即小電珠的總功率最大，此時(shí)外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 v，由題圖丙知當(dāng)小電珠電壓等于1.5 v時(shí)電流約為0.38 a，此時(shí)電阻約為r3.95 4 ，并聯(lián)后的總電阻為1 ，所以需要4個(gè)小

13、電珠并聯(lián)，小電珠消耗的總功率約為p w2.25 w.5兩種圖線結(jié)合處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由金屬絲制成的電阻器阻值會(huì)隨溫度的升高而變大某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，親自動(dòng)手通過實(shí)驗(yàn)描繪這樣一個(gè)電阻器的伏安特性曲線可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：a待測(cè)電阻器rx(2.5 v,1.2 w)b電流表a(00.6 a，內(nèi)阻為1 )c電壓表v(03 v，內(nèi)阻未知)d滑動(dòng)變阻器(010 ，額定電流為1 a)e電源(e3 v，內(nèi)阻r1 )f定值電阻r0(阻值為5 )g開關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(2)按照正確的電路圖，該同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：i/a0.1

14、50.200.250.300.350.400.450.48u/v0.250.400.600.901.251.852.503.00ur/v其中，i是電流表的示數(shù)，u是電壓表的示數(shù)，ur是電阻器兩端的實(shí)際電壓請(qǐng)通過計(jì)算補(bǔ)全表格中的空格，然后在圖5中畫出電阻器的伏安特性曲線圖5(3)該同學(xué)將本實(shí)驗(yàn)中的電阻器rx以及給定的定值電阻r0二者串聯(lián)起來，接在本實(shí)驗(yàn)提供的電源兩端，則電阻器的實(shí)際功率是_w(結(jié)果保留兩位小數(shù))答案見解析解析(1)要使電阻器兩端電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法電路圖如圖甲所示(2)電壓表的示數(shù)減去電流表的分壓即為電阻器兩端的電壓：uruir，數(shù)據(jù)如下表電阻器的伏安特性

15、曲線如圖乙中曲線所示ur/v0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由uri(rr0)e作出ui圖象如圖乙中直線所示，由此圖象與電阻器ui圖線的交點(diǎn)可得此時(shí)電阻器的電壓ur0.9 v，電流i0.35 a，電阻器的實(shí)際功率為puri0.32 w.電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合法電源對(duì)電路中小燈泡供電工作，顯然路端電壓與電路中電流滿足關(guān)系ueir，整理可得i，即可作出一條電源的伏安特性曲線同時(shí)流經(jīng)小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線，兩線的交點(diǎn)既符合閉合電路的歐姆定律，又滿足小燈泡的伏安特性曲線特點(diǎn)，即為所求的電流與電壓值考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新6實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新le

16、d二極管的應(yīng)用是非常廣泛的，2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予了日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二，以表彰他們發(fā)明了藍(lán)色發(fā)光二極管(led)，并因此帶來的新型節(jié)能光源某同學(xué)想要描繪某發(fā)光二極管的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)測(cè)得它兩端的電壓u和通過它的電流i的數(shù)據(jù)如下表所示.u/v0.00.400.801.201.602.002.402.80i/ma0.00.92.34.36.812.019.030.0實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：a電壓表(量程03 v，內(nèi)阻約20 k)b電壓表(量程015 v，內(nèi)阻約100 k)c電流表(量程050 ma，內(nèi)阻約40 )d電流表(量程00.6 a，內(nèi)阻約2 )e滑動(dòng)變

17、阻器(阻值范圍020 ，允許最大電流2 a)f電源(電動(dòng)勢(shì)6 v，內(nèi)阻不計(jì))g開關(guān)，導(dǎo)線若干圖6(1)該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓表選用的是_，電流表選用的是_(填選項(xiàng)字母)(2)如圖6甲中的實(shí)物連線已經(jīng)連了部分電路，請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)物圖中的連線補(bǔ)充完整(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出該二極管的iu圖線(4)若此發(fā)光二極管的最佳工作電流為15 ma，現(xiàn)將此發(fā)光二極管與電動(dòng)勢(shì)為3 v、內(nèi)阻不計(jì)的電池組相連，還需串聯(lián)一個(gè)阻值r_ 的電阻，才能使它工作在最佳狀態(tài)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)ac(2)見解析圖甲(3)見解析圖乙(4)53解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可知電壓最大為2.80 v，最大電流為30

18、.0 ma，所以電壓表應(yīng)選擇a，電流表應(yīng)選擇c.(2)通過估算二極管的阻值可知滿足>，所以電流表應(yīng)用外接法由于電流、電壓從零開始調(diào)節(jié)，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，連線圖如圖甲所示甲(3)畫出的iu圖象如圖乙所示乙(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)有i，由iu圖象可讀出i15 ma時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓u2.2 v，可求出rx146.7 ，代入數(shù)據(jù)解得r53 .7實(shí)驗(yàn)拓展(2013·江蘇單科·10)為探究小燈泡的電功率p和電壓u的關(guān)系，小明測(cè)量小燈泡的電壓u和電流i，利用pui得到電功率，實(shí)驗(yàn)所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 v1.8 w”，電源為12 v的電池，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為10 .圖7(1)準(zhǔn)備使用的實(shí)物電路如圖7所示，請(qǐng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的正確位置(用筆畫線代替導(dǎo)線)(2)現(xiàn)有10 、20 和50 的定值電阻，電路中的電阻r1應(yīng)選_的定值電阻(3)測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除_兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材(4)小明處理數(shù)據(jù)后將p、u2描點(diǎn)在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線，如圖8所示，請(qǐng)指出圖象中不恰當(dāng)?shù)牡胤綀D8答案(1)如圖所示(2)10(3)電池(4)圖線不