[原創(chuàng)]2015年《南方新高考》物理實驗九描繪小燈泡的伏安特性曲線[配套課件]

1、實驗九描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗準備實驗目的通過實驗來描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律實驗原理金屬導體的電阻率隨溫度升高而增大，從而使得金屬導體的電阻隨溫度變化而發(fā)生相應的變化一個燈泡，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻值可能相差幾倍到幾十倍它的伏安特性曲線并不是一條直線，即燈絲的電阻是非線性的本實驗通過描繪伏安特性曲線的方法來研究鎢絲燈泡在某一電壓變化范圍內(nèi)，其阻值的變化，從而了解它的導電特性實驗器材小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關(guān)、導線、坐標紙實驗過程實驗步驟(1)按電路圖連接好電路實驗電路圖如圖 S9-1 所示；實物接線圖如圖 S9-2 所示圖 S9-1圖 S

2、9-2(2)檢查無誤后，將滑片調(diào)節(jié)至最左邊附近，閉合電鍵，讀出一組 U、I 值，記錄在表格中(3)再向右依次調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到不同位置，讀出十組不同的 U、I 值，記錄在表格中(4)斷開電鍵，整理好器材數(shù)據(jù)分析(1)在坐標紙上以 U 為橫軸，以 I 為縱軸，并選取適當?shù)膯挝?2)用描點法在坐標紙上標出各組 I、U 值的對應點位置次數(shù)/n12345678910電壓/U電流/I(3)用平滑曲線將各點依次連接起來(4)分析小燈泡伏安特性曲線的變化規(guī)律.實驗分析誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差(2)在坐標紙上描點、作圖會帶來誤差注意事項URU 圖線應為一

3、條過原點的直線但由于小燈泡的燈絲在其兩端電壓由零增至額定電壓的過程中，燈絲溫度由室溫升高到近2000 ，燈絲電阻率明顯增大，故小燈泡的伏安特性曲線應為曲線(2)實驗用的小燈泡通常為“3.8 V0.3 A”，其在白熾狀態(tài)下電阻很小，在室溫下電阻更小，為減小實驗誤差，測量電路應采用電流表外接法(3)為使小燈泡上的電壓能從零開始連續(xù)變化，滑動變阻器應采用分壓式連接(1)對一純電阻用電器，有I.因此，當R為定值時，I【自我檢測】1某同學在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗時，誤將電流表和電壓表接成如圖 S9-3 所示的電路，其他部分連接正確，通電后小燈泡的發(fā)光情況是_若本實驗給定電壓表(內(nèi)阻約為 5

4、k)、電流表(內(nèi)阻約為 4 )、滑動變阻器、電源、開關(guān)、小燈泡(額定電壓 3.8 V)及導線若干，要求小燈泡的電壓從零開始增大，實驗應選擇圖 S9-4 中的電路圖是_該同學描出的伏安特性曲線如圖 S9-5 所示，從圖中可知小燈泡的阻值隨小燈泡兩端的電壓的增大而_，當給小燈泡加額定電壓 3.8 V 時，其電阻為_(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖 S9-3圖 S9-4圖 S9-5答案：不亮乙 逐漸增大(或增大)11.9 考點1伏安法測電阻的綜合運用重點歸納3控制電路限流和分壓的選擇：若滑動變阻器的最大阻值小于待測電阻，則用分壓接法，滑動變阻器的阻值是待測電阻的 110 倍，選用限流接法，若有特殊要求，如

5、要求電壓從零開始增加，要特殊考慮4誤差分析：內(nèi)接法測量值大于真實值，外接法測量值小于真實值 典例剖析例1：利用伏安法測電阻時，電源電壓是 3 V，電壓表有03 V 和 015 V 兩個量程，電流表有 00.6 A 和 03 A 兩個量程，估計待測電阻的阻值約為 10 .則電壓表應選擇量程_，電流表應選擇量程_(1)此實驗的原理是_(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖，并把圖 S9-6 的實物對應連接起來圖 S9-6(3)實驗中應測量的物理量是 _ 和_，分別用_和_測量(4)連接電路時，開關(guān)應_，閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片應置于_(填“左”或“右”)端，滑動變阻器的作用是_(5)某次實驗，電流表和電壓

6、表的示數(shù)如圖 S9-7 所示，該次實驗測得的電阻 Rx 為_.圖 S9-7(6)如果要使電流表的示數(shù)變?yōu)?0.4 A，滑動變阻器滑片應向?qū)嵨飯D中的_(填“左”或“右”)端移動，此時電壓表示數(shù)為_V.(7)若實驗中所用器材良好，但某同學在實驗中發(fā)現(xiàn)電流表的指針幾乎不動，而電壓表的示數(shù)卻有明顯偏轉(zhuǎn)(示數(shù)較大)，則電路中發(fā)生故障的原因是_.思維點撥：題目未給出電壓表和電流表的內(nèi)阻，可以按照量程來估算，電流表00.6 A 量程的內(nèi)阻大約1 左右，03 A量程的內(nèi)阻大約0.1 左右，而電壓表 03 V 量程的內(nèi)阻大約1000 左右，015 V 量程的內(nèi)阻接近10 k，可以根據(jù)以上的估測來選擇內(nèi)接或外接(

7、6)電流變小，滑動變阻器接入電路的阻值變大，故應向阻值變化大的方向移動，即向左移動，此時電壓表示數(shù)為UIR2 V.(7)電流表沒示數(shù)，說明電流表所在支路斷路，電壓表示數(shù)變大，電路斷在電壓表兩接線柱之間，即待測電阻兩端接線柱接觸不良答案：03 V 00.6 AUI(2)如圖 34 所示圖 34電流表(3)電阻兩端電壓 通過電阻的電流 電壓表(4)斷開 左 改變被測電阻兩端電壓 (5)5(6)左 2 (7)待測電阻兩端接線柱接觸不良(1)部分電路的歐姆定律(或R) 【觸類旁通】1給你一個電流表(內(nèi)阻可忽略不計)、一節(jié)干電池(內(nèi)阻可忽略不計)、一個開關(guān)、一個已知阻值的電阻 R 和導線若干，如何測出未

8、知電阻 Rx？(1)畫出你設(shè)計的電路圖(2)簡要說明測量步驟(3)寫出 Rx 的表達式(3)Rx R.解：(1)如圖35 所示圖35(2)把Rx 與已知阻值的電阻R 并聯(lián)在電路中，用電流表分別測出通過Rx 及已知阻值R 的電流 Ix 和I.IIx考點2描繪小燈泡的伏安特性曲線重點歸納1實驗前注意檢查電表是否指零，如果不指零，要調(diào)節(jié)定位螺絲使指針指零經(jīng)過計算可知，小燈泡電阻較小，為了減小誤差，電流表采用外接法，為了使小燈泡兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化，滑動變阻器應采用分壓式接法2實驗過程中為了減小誤差，電壓表量程要進行變換當U3 V 時采用 03 V 量程；當 U3 V 時采用 015 V 量程

9、3閉合開關(guān) S 前，滑動變阻器滑片應移到一端，使開關(guān)閉合時小燈泡兩端的電壓能從零開始逐漸增大，在滑片移動的過程中，加在小燈泡兩端的電壓不要超過小燈泡的額定電壓4畫 IU 圖線時，不要畫成折線，要用平滑曲線連接，如果有個別偏離較遠的點應該舍棄典例剖析例2：在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中，用導線 a、b、c、d、e、f、g 和 h 按圖 S9-8 所示方式連接好電路，電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零閉合開關(guān)后：圖 S9-8圖 S9-9(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小電珠亮度能發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為零，則可能是圖 S9-8 中的_(填導線字母)導線斷路(2)某

10、同學測出電源和小電珠的UI 圖線如圖S9-9 所示，將小電珠和電阻 R 串聯(lián)后接到電源上，要使電路中電流為1.0 A，則 R_.(3)某同學在實驗中還測出 a、b、c 三種元件的伏安特性曲)線分別如圖 S9-10 中的甲、乙、丙，下列說法正確的是(圖 S9-10Aa 能作為標準電阻使用Bb 能作為標準電阻使用Cb 的阻值隨電壓升高而增大Dc 的阻值隨電壓升高而增大思維點撥：(1)以滑動變阻器在電路中的功能來考慮，即調(diào)節(jié)電路，得到多組數(shù)據(jù)；問題(2)中用閉合電路歐姆定律計算出外電路的總電阻，再從圖象中讀出對應電流為1.0 A 的小燈泡的電阻，既可求解出定值電阻R 的值解析：(1)調(diào)節(jié)滑動變阻器，

11、小電珠的亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表示數(shù)總不能為零，說明滑動變阻器不起分壓作用，所以可能是g 導線斷路(2)由電源的UI 圖線知電源電動勢E3.0 V，內(nèi)阻r1，當小電珠與電阻串聯(lián)后，由閉合電路歐姆定律得EI(RrUI0.8 .(3)因a 元件的IU 圖象是直線，說明a 元件的阻值不變，故可作為標準電阻，A 正確，B 錯誤因IU 圖線斜率的倒數(shù)表示電阻值的變化，故C 正確，D 錯誤答案：(1)g(2)0.8(3)ACR燈)，又由小電珠的UI圖線得R燈1.2 ，解得R【觸類旁通】2(2013 年天津卷)要測繪一個標有“3 V 0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到

12、3 V，并便于操作已選用的器材有：電池組(電動勢為 4.5 V，內(nèi)阻約 1 )電流表(量程為 0250 mA，內(nèi)阻約 5 )電壓表(量程為 03 V，內(nèi)阻約 3 k)電鍵一個、導線若干(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的_(填字母代號)A滑動變阻器(最大阻值 20 ， 額定電流 1 A)B滑動變阻器(最大阻值 1750 ，額定電流 0.3 A)(2)實驗的電路圖應選用下列的圖_(填字母代號)ABCD(3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖 S9-11 所示如果將這個小燈泡接到電動勢為 1.5 V，內(nèi)阻為 5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W.圖 S9-11解析：(1)在測繪小燈泡的伏安特性

13、曲線時，滑動變阻器應該采用分壓式連接，而滑動變阻器用小阻值時，便于調(diào)節(jié)，所以用最大阻值為20 的滑動變阻器，故選項A 正確；(2)因要求小燈泡電壓從零開始持續(xù)可調(diào)，所以滑動變阻器應使用分壓式連接，由于小燈泡電阻遠小于電壓表內(nèi)阻，電流表應采用外接法，故選B；(3)將小燈泡接到電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端時，由EUIr 可得I0.30.2U，再在小燈泡的伏安特性曲線圖象中作出電源的IU 曲線(如圖36 所示), 在圖象中的兩曲線的交點即為小燈泡的電流值與電壓值，所以小燈泡消耗的功率PUI0.1 W.圖 36答案：(1)A(2)B(3)0.1方法控制電路的選擇用滑動變阻器控制電路時，有兩

14、種接法，一種是滑動變阻器分壓式接法，一種是滑動變阻器限流式接法1兩種控制電路的比較：2.兩種控制電路的選擇：(1)下列三種情況必須選用分壓式接法：要求回路中某部分電路的電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路)當用電器的電阻 RL 遠大于滑動變阻器的最大值 R0，且實驗要求的電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時(因為若用限流法，RL 兩端電壓變化不明顯)若采用限流接法，電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過 RL 的額定值時，只能采用分壓接法(2)下列情況可選用限流式接法：測量時電路的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且 RL 與

15、 R0 接近或 RL 略小于 R0，采用限流式接法電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素，采用限流式接法U/V0.00.20.501.01.52.02.53.0I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215例3：下表中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡 UI 關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)：(1)分析上表內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)可知，應選用的實驗電路圖是圖S9-12 中的_(填“甲”或“乙”)圖 S9-12(2)試分析所選實驗電路圖存在誤差的原因?qū)忣}突破：如何判斷是限流

16、還是分壓，要從題目給的表格中的數(shù)據(jù)計算出待測電阻的大概阻值來進行判斷解析：(1)從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，小燈泡的電壓和電流從零開始逐漸變化甲圖所示電路中滑動變阻器采用分壓接法，可以獲得從零開始變化的電壓，符合圖中數(shù)據(jù)的要求所以應選用的實驗電路圖是甲圖(2)由甲圖可知，電流表的分壓會造成實驗誤差，因為小燈泡的電阻較小，和電流表內(nèi)阻相差不太大，電流表最好用外接方式答案：(1)甲(2)見解析同類延伸：本題中的控制電路使用了分壓接法，分壓接法的特點是電壓和電流的變化可以從零中開始調(diào)節(jié)，如測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路均要用分壓接法【觸類旁通】3在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗中備有下列器材：A小電珠(3.8 V,1.5 W)B直流電源(電動勢 4.5 V，內(nèi)阻約 0.4 )C電流表(量程 0500