高考物理 描绘小灯泡的伏安特型曲线基础知识自学课件.ppt

一、实验目的一、实验目的 描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。二、实验原理二、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，测出多组压，测出多组(U,I)值，在值，在U-I坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把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。这些点连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线了。描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线2021/8/11 星期三1 方式方式内容内容限流接法限流接法分压接法分压接法两种接法电路图两种接法电路图负载负载R上电压调节上电压调节范围范围RE/(R+R0)UE0UE负载负载R上电流调节上电流调节范围范围E/(R+R0)IE/R0IE/R闭合闭合S前触头位置前触头位置b端端a端端对比说明对比说明串、并联关系不同串、并联关系不同分压电路调节范围大分压电路调节范围大分压电路调节范围大分压电路调节范围大都是为了保护电路元件都是为了保护电路元件2.滑动变阻器的限流接法和分压接法滑动变阻器的限流接法和分压接法2021/8/11 星期三2 (2)限流电路、分压电路的选择原则：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。分压式适合测量阻值较大的电阻(一般一般比滑动变阻器的总电阻要大比滑动变阻器的总电阻要大)。因为。因为Rx很小，限流式中滑动变阻器分得电很小，限流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围越大。压很大，调节范围越大。Rx很大，分压式中很大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，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。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，待测电阻上的电流调到最大时，待测电阻上的电流(或电压或电压)仍超过电流表仍超过电流表(或电压表或电压表)的量程，的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式。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。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。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。式接法电路简单、耗能低。2021/8/11 星期三3 四、实验步骤四、实验步骤 1.根据小灯泡上标出的额定电压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和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程；电表的量程；2.将小灯泡、电流表、电压表、将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示的电路；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，读出并记将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多组录多组U、I数值，将测量数据填入表格中；数值，将测量数据填入表格中；4.断开开关，拆除电路。断开开关，拆除电路。三、实验器材三、实验器材 小灯泡小灯泡(3.8 V,0.3 A)或或(9 V,0.7 A)一个，电压表一个，电压表(03 V15 V)与电流表与电流表(00.6 A3 A)各一个，滑动变阻器各一个，滑动变阻器(最大阻值最大阻值20 )一个，学生低压直流电源一个，学生低压直流电源(或电池组或电池组)，开关一个，导线，开关一个，导线若干，坐标纸、铅笔。若干，坐标纸、铅笔。2021/8/11 星期三4 五、数据处理五、数据处理 实验中的实验中的U、I数据记入下表中数据记入下表中U/V00.20.40.60.91.21.62.02.42.83.23.53.8I/A0 六、误差分析六、误差分析 1.电表的精度和读数带来的误差；电表的精度和读数带来的误差；2.描点、作图所带来的误差；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。对图象进行分析计算所带来的误差。(1)在坐标纸上以在坐标纸上以U为横轴、为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；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。些点连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。2021/8/11 星期三5 七、注意事项七、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；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。当实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换。当U3 V时采用时采用03 V量程；量程；U3 V时采用时采用015 V量程；量程；3.闭合开关闭合开关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。电压不要超过小灯泡的额定电压。4.画画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。较远的点应该舍弃。2021/8/11 星期三6考点考点1 1 实验原理的考查实验原理的考查【例例1】在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：灯泡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、量程恰当的 电流表电流表A和电压表和电压表V、直流电源、直流电源E、滑动变阻器、滑动变阻器R、开关、开关S等，要求灯泡两等，要求灯泡两 端电压从端电压从0 V开始变化。开始变化。(1)实验中滑动变阻器应采用实验中滑动变阻器应采用_接法接法(填填“分压分压”或或“限流限流”)。(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端到直流电端到直流电 源正极之前，请指出其中仅有的源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正。个不当之处，并说明如何改正。A._。B._。2021/8/11 星期三7 【解析解析】(1)题目要求灯泡两端题目要求灯泡两端电压从电压从0 V开始变化，因此滑动变开始变化，因此滑动变阻器必须采用分压接法。阻器必须采用分压接法。(3)电路连接正确后，分别测得两只灯泡电路连接正确后，分别测得两只灯泡L1 和和L2的伏安特性曲线如图中的伏安特性曲线如图中I和和II所示，所示，然后将灯泡然后将灯泡L1、L2与电池组与电池组(电动势和电动势和 内阻均恒定内阻均恒定)连成如右图所示电路。多连成如右图所示电路。多 次测量后得到通过次测量后得到通过L1和和L2的电流平均值的电流平均值 分别为分别为0.30 A和和0.60 A。A.在图中画出电池组路端电压在图中画出电池组路端电压U和电流和电流I的关系曲线。的关系曲线。B.由该曲线可知电池组的电动势为由该曲线可知电池组的电动势为_V，内阻为，内阻为_。(取取2位有效数字位有效数字)2021/8/11 星期三8 (1)当要求电压从当要求电压从0 V开始变化时，就应选用分压式接法。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。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，故开关实验开始之前，应把电路断开，故开关S应处于断开状态；应处于断开状态；B.滑动变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。端。(3)A.由于题图由于题图中通过中通过L1和和L2的电流平均值分别为的电流平均值分别为0.30 A和和0.60 A，且灯泡两端电压等于电源，且灯泡两端电压等于电源的路端电压，所以连接的路端电压，所以连接I、II两曲线端点的直线即为该电池组路端电压和电流两曲线端点的直线即为该电池组路端电压和电流的关系曲线。的关系曲线。B.由该曲线可读出电池组的电动势为由该曲线可读出电池组的电动势为4.6 V，内阻，内阻r=|U/I|=4.6/1.72=2.7。2021/8/11 星期三9现要测定一个额定电压现要测定一个额定电压4 V、额定功率、额定功率1.6 W的小灯泡的小灯泡(图中用图中用 表示表示)的伏安特性曲线。要求所测电压范围为的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1 V4 V。现有器材：直流电源现有器材：直流电源E(电动势电动势4.5 V，内阻不计，内阻不计)，电压表，电压表 (量量程程4.5 V，内阻约为，内阻约为4104 )，电流表，电流表 (量程量程250 mA，内阻约，内阻约为为2 )，电流表，电流表 (量程量程500 mA，内阻约为，内阻约为1 )，滑动变阻器，滑动变阻器R(最大阻值约为最大阻值约为30 )，开关，开关S，导线若干。，导线若干。如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是表是_，下面两个电路应该选用的是，下面两个电路应该选用的是_。甲甲2021/8/11 星期三10考点考点2 2 实验数据的处理实验数据的处理 (1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；线；(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示，请指作出电阻随电流的变化曲线如图所示，请指出图线的特征，并解释形成的原因。出图线的特征，并解释形成的原因。【例例2】在在“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流的实验中，某同学测得电流电压的电压的 数据如下表所示：数据如下表所示：电流电流I/mA2.75.412.419.527.836.447.156.169.681.793.2电压电压U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.509.1211.462021/8/11 星期三11 (2)特点：电阻随电流增大特点：电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同：第一区间电流存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同：第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。电阻增大也变慢。【解析解析】(1)如图所示如图所示2021/8/11 星期三12某同学用图所示电路，测标有某同学用图所示电路，测标有“3.8 V，0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻的小灯泡的灯丝电阻R随电压随电压U变化的图象。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：除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：电流表：A1(量程量程100 mA,内阻约内阻约2 )A2(量程量程0.6 A，内阻约，内阻约0.3)电压表：电压表：V1(量程量程5 V，内阻约，内阻约5 k)V2(量程量程15 V，内阻约，内阻约15 k）滑动变阻器：滑动变阻器：R1(阻值范围阻值范围010 )R2(阻值范围阻值范围02 k)电源：电源：E1(电动势为电动势为1.5 V，内阻约为，内阻约为0.2 )E2(电动势为电动势为4 V，内阻约为，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为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表，电压表_，滑动变阻器，滑动变阻器_，电源，电源_。(填器材的符号填器材的符号)(2)根据实验数据，计算并描绘出根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图所示，由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为的图象如图所示，由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_ ；当所加电压为；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为，灯泡实际消耗的电功率为_W。(3)根据根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压与外加电压U的关系。符合该关系的示意图是下列图中的的关系。符合该关系的示意图是下列图中的_。A0.7811.51.5A2 V1R1E22021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14