湖南人教新課標(biāo)高中總復(fù)習(xí)第1輪物理第7章第5講實(shí)驗(yàn)描繪小電珠的伏安特性曲線探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系3

1、第5講,一、測繪小燈泡的伏安特性曲線 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握伏安法測電阻的電路設(shè)計(jì)(關(guān)鍵是內(nèi)、外接法的選擇) 理解小燈泡的伏安特性曲線為什么不是過原點(diǎn)的一條直線,2實(shí)驗(yàn)原理 由于電流增大，小燈泡的功率也增大，溫度升高，電燈絲材料的電阻率增大，因此電燈絲的電阻增大，所以燈絲電阻并不是一個定值由于電流越大，燈絲電阻越大，它的伏安特性曲線(IU圖線)并不是一條直線，在該曲線上，任意一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率表示該點(diǎn)(在此電壓與電流下)的電阻的倒數(shù)，斜率越小，電阻越大,3實(shí)驗(yàn)器材 “3.8V,0.3A”的小燈泡，46V學(xué)生電源(或34個電池組)，0100的滑動變阻器，015V的電壓表，00.6A的電流表，開關(guān)一個

2、、導(dǎo)線若干 4實(shí)驗(yàn)步驟 (1)選取適合的儀器按圖751所示的電路連接好,圖751,(2)將滑動變阻器滑片調(diào)節(jié)到A端后，閉合開關(guān) (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器，在燈泡額定電壓范圍內(nèi)讀取數(shù)組不同的電壓值和電流值，并制表記錄 (4)斷開開關(guān)，拆下導(dǎo)線，將儀器恢復(fù)原樣 (5)以I為縱軸，U為橫軸，畫出IU曲線并進(jìn)行分析,二、探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系 1實(shí)驗(yàn)探究：用控制變量法進(jìn)行探究保持橫截面積和材料兩個因素不變的條件下，改變導(dǎo)體長度，測出相應(yīng)的電阻及導(dǎo)體長度，可得出電阻與導(dǎo)體長度關(guān)系然后再依次研究電阻與另外兩個因素的關(guān)系由于金屬絲的電阻較小，為減小誤差，測量電阻時應(yīng)采用電流表外接法,2.理論探究：根

3、據(jù)串聯(lián)電路的性質(zhì)，通過邏輯推理，可得出電阻與導(dǎo)體的長度成正比；根據(jù)并聯(lián)電路的性質(zhì)，通過邏輯推理，可得出電阻與導(dǎo)體的橫截面積成反比,1螺旋測微器如何操作和讀數(shù) 解答:(1)構(gòu)造： 圖752是常用的螺旋測微器，它的測砧A和固定刻度G固定在框架F上，旋鈕K、微調(diào)旋鈕K和可動刻度H，測微螺桿P連在一起，通過精密螺紋套在G上,圖752,(2)原理：精密螺紋的螺距是0.5mm，即每旋轉(zhuǎn)一周，P前進(jìn)或后退0.5mm，把這一周分成50等分，每一等分對應(yīng)固定刻度上的0.01mm，即可動刻度每轉(zhuǎn)過一等分，P前進(jìn)或后退0.01mm，因此，從可動刻度旋轉(zhuǎn)了多少等分就知道長度變化了多少個0.01mm.用它測量長度，可以

4、精確到0.01mm，還可以估讀到0.001mm(即毫米的千分位)，因此螺旋測微器又稱為千分尺它是把前后方向的微小變化和圓周上的旋轉(zhuǎn)變化對應(yīng)起來，放大了這種變化,使用螺旋測微器時，將被測物體放在測砧A和測微螺桿P之間，先使用粗調(diào)旋鈕K，在測微螺桿P快靠近被測物體時，改用微調(diào)旋鈕K，聽到“咔咔”聲音停止轉(zhuǎn)動，并用止動旋鈕止動，然后讀數(shù)螺旋測微器的讀數(shù)方法是：先從固定刻度尺上讀出半毫米以上長度，然后找出鼓輪上可動刻度上第幾條刻度線與固定刻度線上的水平橫線對齊，再估讀一位數(shù)字就是可動刻度示數(shù)，兩次讀數(shù)相加就是所要測量的長度即所測長度L固定刻度示數(shù)可動刻度示數(shù)最小分度值(0.01mm) 以毫米為單位時，

5、小數(shù)點(diǎn)后面要有三位有效數(shù)字，特別是最后一位估讀數(shù)字為零時，不能省略,2在測繪小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，我們應(yīng)注意什么？ 解答：(1)本實(shí)驗(yàn)中被測小燈泡燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法 (2)滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接，目的是為了使小燈泡兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化 (3)閉合電鍵S前，滑動變阻器觸頭應(yīng)移到使小燈泡分得電壓為0的一端，可以使開關(guān)閉合時小燈泡電壓能從0開始變化，同時，也為了防止開關(guān)剛閉合時小燈泡兩端因電壓過大而燒壞燈絲,(4)UI圖線在U01.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0V左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)很大誤差 (5)電流表選擇0.6A量程，電壓表量程選擇視小

6、燈泡的額定電壓而定，即使用的若是“3.8V,0.3A”的小燈泡，又要完整的描繪出它的伏安特性曲線，則選用電壓表的15V量程，若使用“2.5V,0.6A”的小燈泡，則選用電壓表的3V量程,(6)在坐標(biāo)紙上建立一個直角坐標(biāo)系，兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理，連圖線時曲線要平滑，不在圖線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在圖線兩側(cè)所測數(shù)據(jù)中誤差較大的點(diǎn)，在連線中應(yīng)不予考慮,3根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)條件，怎樣選用合適的儀器？ 解答：(1)選用電流表、電壓表時，要根據(jù)電源電動勢、電阻的大小和額定功率等考慮所測電流、電壓的最大值，不能超出儀表的量程，以確保不損壞儀器在實(shí)驗(yàn)電路中測量電流、電壓時，電流表、電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角度不宜過

7、小，以減小誤差，電流表、電壓表的讀數(shù)為滿刻度2/3左右時，讀數(shù)較準(zhǔn)確,(2)選用滑動變阻器，若用“限流式”，一般選用阻值適當(dāng)大的滑動變阻器，但不是越大越好，因阻值很大時，在實(shí)驗(yàn)過程中可能只用到其阻值較小的一部分，這樣滑動觸頭只能在很短的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使用起來很不方便若采用“分壓式”，應(yīng)選擇阻值適當(dāng)小一些的滑動變阻器，這樣可使分出的電壓大致上隨滑動觸頭移動的距離成正比例改變，調(diào)節(jié)起來比較方便,(3)對器材選擇的一般步驟是：a.先找出實(shí)驗(yàn)中必須應(yīng)用的器材； b.畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖； c.估算待測電路中I和U的最大值； d.考慮能否使電表示數(shù)在半偏以上； e.選擇合適量程的電壓表、電流表、合適阻值的滑

8、動變阻器及合適的電源,1電路設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理 例1：小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)(I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓)：,(1)在圖753的虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖可用的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(變化范圍010)、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干 (2)在坐標(biāo)系中畫出小燈泡的UI曲線,圖753,(3)如果測得電池的電動勢1.5V，內(nèi)阻2.0.問：將本題中的小燈泡接在現(xiàn)在電路上的實(shí)際功率是多少？簡要寫出求解過程，圖可直接畫在第(2)小題的方格圖中,解析：(1)小燈泡的電阻約是幾歐，因此采用電流表外接法；電壓應(yīng)從零開始增大，且變化范圍大，應(yīng)采用分壓

9、電路，故實(shí)驗(yàn)電路如圖(a)所示,(a),(2)小燈泡的UI特性曲線如圖(b)中曲線 (3)將燈泡接在電源上時，燈泡兩端電壓等于路端電壓，而燈泡中電流等于總電流根據(jù)UEIr，若作出路端電壓U與總電流I的圖線，應(yīng)是一直線，它與小燈泡的UI圖線只有一個交點(diǎn)，即得小燈泡工作電流為 0.35A，工作電壓為 0.80V，從而求出小燈 泡實(shí)際功率為0.28W.,(b),方法點(diǎn)撥：由于小燈泡的電阻較小，故采用安培表外接，由于要描繪小燈泡的伏安特性曲線，故采用分壓電路,變式訓(xùn)練1：影響物質(zhì)材料電阻率的因素很多，一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大，而半導(dǎo)體材料的電阻則與之相反，隨溫度的升高而減小某課題研究組需

10、要研究某種導(dǎo)電材料的導(dǎo)電規(guī)律，他們用該導(dǎo)電材料制作成電阻較小的元件Z做實(shí)驗(yàn)，測量元件Z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規(guī)律 (1)他們應(yīng)選用下圖中所示的哪個電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)( ),(2)由(1)實(shí)驗(yàn)測得元件Z的電壓與電流的關(guān)系如下表所示根據(jù)表中數(shù)據(jù)請?jiān)趫D754乙中作出元件Z的IU圖線,圖754,根據(jù)Z的IU圖線可知判斷元件Z是金屬材料還是半導(dǎo)體材料？ 把元件Z和電阻R接入如圖754甲所示的電路中，由實(shí)驗(yàn)測得電阻R的IU圖線如圖754乙所示已知電源的電動勢E1.5V，內(nèi)阻不計(jì)閉合電鍵S，電路穩(wěn)定時，元件Z消耗的電功率為_W.,圖754甲,解析：(1)由測量的數(shù)據(jù)題目要求可知，滑動變阻器應(yīng)采

11、取分壓式接法因?yàn)樵的電阻較小，所以電流表應(yīng)外接，因此實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選A圖,(2)描點(diǎn)畫出元件Z的IU圖線如圖所示由IU圖線可知，Z是半導(dǎo)體當(dāng)電流強(qiáng)度為0.80A時，元件Z兩端的電壓為0.80V，定值電阻R的電壓為0.70V，此時元件Z上消耗的電功率為0.600.68W.,2儀器和電路的選擇 例2：有一個小燈泡標(biāo)有“6V、0.6W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個燈泡的IU圖線，有下列器材可供選用： A電壓表(05V，內(nèi)阻10k) B電壓表(010V，內(nèi)阻20k) C電流表(00.3A，內(nèi)阻1) D電流表(00.6A，內(nèi)阻0.4) E滑動變阻器(30，2A) F學(xué)生電源(直流9V)，還有開關(guān)和導(dǎo)線

12、,(1)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_(用序號字母表示) (2)為使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能減小，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 解析：(1)電流表、電壓表的選擇 由小燈泡的標(biāo)識可知其額定電壓為U16V，額定電流為I10.1A，在額定電壓下的電阻為R60.為了安全，小燈泡兩端所加電壓不能超過6V，(通過小燈泡的電流不能超過0.1A)，要測IU圖線，其電壓變化范圍應(yīng)在06V間因此電壓表應(yīng)選擇B，電流表應(yīng)選擇C.,(2)電流表內(nèi)外接法的選擇 由于電流表、電壓表內(nèi)阻的影響，不管采用電流表內(nèi)接還是外接都將引起系統(tǒng)誤差本實(shí)驗(yàn)中小燈泡的最大電阻約R160，R1RV，為了減小誤差，應(yīng)當(dāng)用電流表外接法,(3)控制電路的選擇 本題中若

13、采用限流電路，其電路中的最小電流是Imin0.1A，顯然不符合實(shí)驗(yàn)要求；且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)包括電壓在零附近的數(shù)值，故只能用分壓接法實(shí)驗(yàn)電路圖如右圖所示,方法點(diǎn)撥：儀器的選擇一般應(yīng)考慮三方面的因素：一是安全因素例如通過電源、電表和電阻的電流不能超過其允許的最大電流二是誤差因素例如選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤差三是便于操作，例如選用滑動變阻器時，應(yīng)考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實(shí)驗(yàn)要求，又便于調(diào)節(jié),變式訓(xùn)練2：有一標(biāo)有“6V,1.5W”的小燈泡，現(xiàn)用圖755(a)所示電路測量其在不同電壓下的實(shí)際功率，提供的器材除導(dǎo)線和開關(guān)外，還有： A直流電源6V(內(nèi)阻不計(jì))； B直流電流表03A(內(nèi)

14、阻0.1以下)； C直流電流表0300mA (內(nèi)阻約為5)；,圖755,D直流電壓表015V(內(nèi)阻約為15k)； E滑動變阻器10，2A； F滑動變阻器1k，0.5A. (1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用 _(用序號表示)，滑動變阻器應(yīng)選用_. (2)試按圖(a)電路將圖(b)所示器材連成電路,解析：(1)選電流表實(shí)際上是選量程先估算一下通過電流表的電流，由小燈泡的規(guī)格可知通過的電流最大不能超過0.25A，因此選C.在該題中滑動變阻器接成分壓器，此時要求滑動變阻器的電阻比用電器的電阻小，至少應(yīng)差不多；小燈泡的電阻在正常工作時約為24，所以滑動變阻器不能選F，應(yīng)選E，但不應(yīng)忘記還要核對一下電流是否會超過其

15、允許值，E的最大允許電流是2A，實(shí)驗(yàn)中的最大電流只有0.25A，選E也是安全的,(2)連接實(shí)物圖實(shí)際上是考查儀器的使用方法這里要注意電表正負(fù)接線柱的接法、滑動變阻器做分壓器時連接特點(diǎn)具體連線時，可以先連主回路，把電源、開關(guān)、滑動變阻器連成一個回路；然后再連上支路，從滑動變阻器的滑動頭和一個固定端接出，連上電流表、小燈泡，最后將電壓表并聯(lián)在小燈泡上連接情況如圖所示,3非線性元件的處理 例3：圖756(a)為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的IU關(guān)系曲線圖,為了通過測量得到圖756(a)所示IU關(guān)系的完整曲線，在圖756(b)和圖756(c)兩個電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡要說

16、明理由：_.(電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動變阻器的阻值為0100),解析：為了獲取更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，常采用圖758(b)測量電路測量時電壓可從0V調(diào)到最大值，調(diào)節(jié)范圍較大 方法點(diǎn)撥：要描繪IU圖象一般選取分壓電路，此電路電壓的取值范圍較廣,變式訓(xùn)練3：為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：,(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)诮o定的坐標(biāo)系圖757中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn),圖757,答案：光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如