高三物理实验描绘小灯泡的伏安特性曲线 精选PPT.ppt
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1、高三物理实验描绘小灯泡的伏安特性曲线 第1页,此课件共54页哦一、实验目的及教学目标一、实验目的及教学目标1、描绘小灯泡的伏安特性曲线;、描绘小灯泡的伏安特性曲线;2、分析曲线的变化规律并得出结论;、分析曲线的变化规律并得出结论;3、能根据题目给出的实验数据,正确描出实验曲线,并由此、能根据题目给出的实验数据,正确描出实验曲线,并由此计算相关物理量;能正确选择适的仪表和器材,选择适的计算相关物理量;能正确选择适的仪表和器材,选择适的量程和进行正确的实物连路,量程和进行正确的实物连路,4、能处理相关的拓展性的实验课题;能够根据伏安特性曲、能处理相关的拓展性的实验课题;能够根据伏安特性曲线求出功率
2、或导体电阻大小。线求出功率或导体电阻大小。二、实验原理二、实验原理在纯电阻电路中,电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系,在纯电阻电路中,电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系,但在实际电路中,由于各种因素的影响,但在实际电路中,由于各种因素的影响,UI图像不再是一条图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流和电流I,然后在坐标纸上以,然后在坐标纸上以U为纵轴,以为纵轴,以I为横轴画出为横轴画出UI曲线。曲线。第2页,此课件共54页哦三、实验器材三、实验器材小灯泡、小灯泡、4V6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开学生电源、滑动变阻器、电压表、电流
3、表、开关和导线若干。关和导线若干。四、实验步骤四、实验步骤1、适当选择电流表,电压表的量程,采用电流表的外接法,、适当选择电流表,电压表的量程,采用电流表的外接法,按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。2、滑动变阻器采用分压接法,把滑动变阻器的滑动片调至滑动、滑动变阻器采用分压接法,把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的变阻器的A端端,电路经检查无误后,闭合电键电路经检查无误后,闭合电键S。3、改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流表、改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数电压表的示数I和和U,记入记录表格内记入记录表格内
4、,断开电键断开电键S;4、在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流、在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流I,横轴表,横轴表示电压示电压U,用平滑曲线将各点连接起来,便得到伏安特性,用平滑曲线将各点连接起来,便得到伏安特性曲线。曲线。5、拆去实验线路,整理好实验器材。、拆去实验线路,整理好实验器材。第3页,此课件共54页哦五、注意事项五、注意事项1、因本实验要作出、因本实验要作出IU图线,要求测出一组包括零在内的图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此,变阻器要采用分压接法;电压、电流值,因此,变阻器要采用分压接法;2、本实验中,因被测小灯泡电阻较小,因此实验电路必须采、本实验中
5、,因被测小灯泡电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法;用电流表外接法;3、电键闭合后,调节变阻器滑片的位置,使小灯泡的电压逐、电键闭合后,调节变阻器滑片的位置,使小灯泡的电压逐渐增大,可在电压表读数每增加一个定值(如渐增大,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)时,读)时,读取一次电流值;调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小取一次电流值;调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压;灯泡的额定电压;4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端;端;5、坐标纸上建立坐标系,横坐标所取的分度例应该适当,、坐标纸上建立坐标系,横坐标所取的分度例应该适当
6、,尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线,不能画成折线。的曲线,不能画成折线。第4页,此课件共54页哦六、误差分析六、误差分析1、测量电路存在系统误差,未考虑电压表的分流,造成测得、测量电路存在系统误差,未考虑电压表的分流,造成测得的的I值比真实值偏大;值比真实值偏大;2、描绘、描绘IU线时作图不准确造成的偶然误差。线时作图不准确造成的偶然误差。七、实验电路图七、实验电路图第5页,此课件共54页哦例例1(03上海)、如图所示中的图上海)、如图所示中的图1为某一热敏电阻(电阻值随为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度
7、很敏感)的温度的改变而改变,且对温度很敏感)的IU关系曲线图关系曲线图(1)为了通过测量得到图)为了通过测量得到图1所示所示IU关系的完整曲线,在图关系的完整曲线,在图2、图、图3两个电路中应选择的是图两个电路中应选择的是图 ;简要说明理由:;简要说明理由:(电源电动势为(电源电动势为9V,内阻不计,滑线变阻器的阻值为,内阻不计,滑线变阻器的阻值为0100 )(2)在图)在图4电路中,电源电压恒为电路中,电源电压恒为9V,电流表读数为,电流表读数为70mA,定值电阻定值电阻R1250由热敏电阻的由热敏电阻的IU关系曲线可知,关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为热敏电阻两端的电压为 V;电阻;电阻
8、R2的阻值为的阻值为 举出一个可以应用热敏电阻的例子:举出一个可以应用热敏电阻的例子:_第6页,此课件共54页哦第7页,此课件共54页哦 解:解:2;理由:从;理由:从IU图象看,电流与电压均从零值开图象看,电流与电压均从零值开始,图始,图2中的电压可以从中的电压可以从0调到所需的电压,调节范围调到所需的电压,调节范围较大(或图较大(或图3中不能测量中不能测量0值附近的数据)值附近的数据).5.2;111.8(111.6112.0均可为正确)。分析与计算:均可为正确)。分析与计算:R1支路电流为支路电流为I1=U/R1=36mA,R2支路电流为支路电流为34mA,在在IU曲线上,曲线上,34m
9、A对应的电压大约为对应的电压大约为5.2V;热敏;热敏电阻电阻Rt=5.2/0.034=152.9,Rt+R2=9/0.034=264.7,所以所以R2 111.8.热敏温度计(提出其它实例,只要合理就给分)热敏温度计(提出其它实例,只要合理就给分)第8页,此课件共54页哦例例2、为了测定和描绘、为了测定和描绘“220 40”白炽电灯灯丝的伏安白炽电灯灯丝的伏安特性曲线,可以利用调压变压器供电。调压变压器是一特性曲线,可以利用调压变压器供电。调压变压器是一种自耦变压器,它只有一组线圈种自耦变压器,它只有一组线圈,绕在闭合的环形铁心,绕在闭合的环形铁心上,输入端接在交流电源的火线与零线间,输出端
10、上,输入端接在交流电源的火线与零线间,输出端有一个滑动触头有一个滑动触头,移动它的位置,就可以使输出电压在,移动它的位置,就可以使输出电压在250之间连续变化,左图画出的是调压变压器的电路图之间连续变化,左图画出的是调压变压器的电路图符号。实验室内备有交流电压表交流电流表滑动变阻符号。实验室内备有交流电压表交流电流表滑动变阻器开关导线等实验器材。器开关导线等实验器材。(1)在左图中完成实验电路图。)在左图中完成实验电路图。(2)说明按你的实验电路图进行测量,如果电表内阻的影响)说明按你的实验电路图进行测量,如果电表内阻的影响不能忽略,在电压较高段与电压较低段相比较,哪段的误差不能忽略,在电压较
11、高段与电压较低段相比较,哪段的误差更大?为什么?更大?为什么?(3)如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如右图所示,)如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如右图所示,试根据图线确定,把两个完全相同的试根据图线确定,把两个完全相同的“220 40”白炽白炽电灯串联在电灯串联在220交流电源的火线与零线间,这两只电灯交流电源的火线与零线间,这两只电灯消耗的总电功率是多大?消耗的总电功率是多大?第9页,此课件共54页哦 解:解:如图所示。开关应安在火线一边,否则应适当扣分。如图所示。开关应安在火线一边,否则应适当扣分。火线与公共端相连的可不扣分。电流表外接与内接都可以。火线与公共端相连的可不扣分。电流表
12、外接与内接都可以。(本题电源输出电压可调,因此用不着滑动变阻器)(本题电源输出电压可调,因此用不着滑动变阻器)第10页,此课件共54页哦 如果采用电流表外接的,电压较高段误差更大,因为电压如果采用电流表外接的,电压较高段误差更大,因为电压越高,灯丝电阻越大,由于电压表分流而造成的误差越大;越高,灯丝电阻越大,由于电压表分流而造成的误差越大;如果采用电流表内接的,电压较低段误差更大,因为电压如果采用电流表内接的,电压较低段误差更大,因为电压越小,灯丝电阻越小,由于电流表分压造成的误差越大。越小,灯丝电阻越小,由于电流表分压造成的误差越大。(3)两个相同电灯串联在)两个相同电灯串联在 电路中,每个
13、灯两端的电压电路中,每个灯两端的电压都是都是110V,在图像上找到电,在图像上找到电压为压为110V时的电流值是时的电流值是0.22A,每一个灯消耗的功率约为,每一个灯消耗的功率约为24W,两灯消耗的总功率为,两灯消耗的总功率为48W。因此答案为。因此答案为48 W1W。第11页,此课件共54页哦 例例3(04上海)、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变上海)、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大大.某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和和U分别表示小灯泡上的电流和电压):分别表示小灯泡上的电流和电压):I/A0.12 0.21 0.29 0.3
14、4 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50U/V0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00(1)在左下框中画出实验电路图)在左下框中画出实验电路图.可用的器材有:电压表、电可用的器材有:电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围流表、滑线变阻器(变化范围010电源、小灯泡、电键、导电源、小灯泡、电键、导线若干线若干.(2)在右图中画出小煤泡的)在右图中画出小煤泡的UI曲线曲线.(3)如果某一电池的电动势是)如果某一电池的电动势是1.5V,内阻是内阻是2.0.问问:将本题中将本题中的灯泡接在该电池两端的灯泡接在该电池两端,小灯
15、泡的实际功率是多少小灯泡的实际功率是多少?(简要写(简要写出求解过程出求解过程;若需作图若需作图,可直接画在第(可直接画在第(2)小题的方格图中)小题的方格图中)第12页,此课件共54页哦解:(解:(1)见下图)见下图;(2)见下图)见下图(3)作出)作出U=EIr图线,可得小灯泡工作电流为图线,可得小灯泡工作电流为0.35安,安,工作电压为工作电压为0.80伏,因此小灯泡实际功率伏,因此小灯泡实际功率为为0.28瓦瓦第13页,此课件共54页哦 例例3的的UI图线及及U=EIr图线第14页,此课件共54页哦例例4、使用如图、使用如图1所示的器材测定所示的器材测定小灯泡在不同电压下的电功率,小灯
16、泡在不同电压下的电功率,并且作出小灯泡的电功率与它两并且作出小灯泡的电功率与它两端电压的平方的关系曲线已知端电压的平方的关系曲线已知小灯泡上标有小灯泡上标有“6V,3W”字样,字样,电源是电源是3个铅蓄电池串联组成的个铅蓄电池串联组成的电池组电池组,滑动变阻器的规格是滑动变阻器的规格是“5 2A”.要求:要求:把图把图1中实物连成实验电路;中实物连成实验电路;图图2的的4个图象中哪个可能是正确的?简单说明理由个图象中哪个可能是正确的?简单说明理由第15页,此课件共54页哦解:变阻器通常用来控制电路中的电流或电压,解:变阻器通常用来控制电路中的电流或电压,可以有限流与分压两种接法,根据题意,灯可
17、以有限流与分压两种接法,根据题意,灯泡电阻约为泡电阻约为R=62/3=12 ,若采用限流,若采用限流,即使变阻器阻值用到最大,灯泡电压最小值即使变阻器阻值用到最大,灯泡电压最小值可达可达4V左右,其电压调节,范围约在左右,其电压调节,范围约在4V6V间,显然不宜选取合理数据范围作电功率间,显然不宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线而采用分压接法与两端电压平方关系图线而采用分压接法则灯泡两端电压变化范围为则灯泡两端电压变化范围为0V6V间,便于间,便于选取数据作相应图线,至于电压表与电流表选取数据作相应图线,至于电压表与电流表采用内接、外接,题目未给表的内阻,但实采用内接、外接,题目
18、未给表的内阻,但实验学生用表在电阻为验学生用表在电阻为10 左右时,内、外接左右时,内、外接表误差差别不大,本题不作要求,连线时应表误差差别不大,本题不作要求,连线时应注意量程选择与表注意量程选择与表“”、“一一”接线柱接接线柱接法,接线如图法,接线如图3第16页,此课件共54页哦图图2中所绘图线,由横、中所绘图线,由横、纵坐标可知为纵坐标可知为 P U2图图线,小灯泡在点亮时灯丝线,小灯泡在点亮时灯丝温度可高达上千摄氏度温度可高达上千摄氏度随电压升高,灯丝温度升随电压升高,灯丝温度升高,相应电阻率增大,电高,相应电阻率增大,电阻增大,与相应电阻不变阻增大,与相应电阻不变时的功率相比要减少,或
19、时的功率相比要减少,或者说由者说由 P=U2/R可可 知,知,该该图线斜率为图线斜率为1/R,随,随P增大,增大,R增大,斜率减小,因此增大,斜率减小,因此D图可能图可能正确,而正确,而B图对应斜率不变、即图对应斜率不变、即R不变的情况,与本题实际不符。不变的情况,与本题实际不符。第17页,此课件共54页哦例4的实物连线图第18页,此课件共54页哦例例5、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管的特性,用如图所示的、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管的特性,用如图所示的电路测定该元件的伏安特性曲线。实验发现当电源反接时,电路电路测定该元件的伏安特性曲线。实验发现当电源反接时,电路中无电流,当正向电压
20、较小时也无电流,记录的部分数据如下表。中无电流,当正向电压较小时也无电流,记录的部分数据如下表。U/V1.41.5 1.71.92.02.12.2 2.3 2.4 2.5 I/mA 00 2.04.012.022.032.0 42.0 52.0 60.0 第19页,此课件共54页哦(1)请根据以上实验数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二请根据以上实验数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二极管的极管的UI图线;图线;(2)若加在该二极管两端的正向电压达到若加在该二极管两端的正向电压达到1.9V后才能正常工后才能正常工作,则从图线可以看出这种二极管正常工作前后的导电情作,则从图线可以看出这种二极
21、管正常工作前后的导电情况有何区别?况有何区别?(3)若电源的电动势为若电源的电动势为6V,内阻不计。当电流表示数为,内阻不计。当电流表示数为12.0mA时时,滑动变阻器接入电路的电阻为滑动变阻器接入电路的电阻为 _。第20页,此课件共54页哦解:(解:(1)UI图象如图所示;图象如图所示;(2)正常工作前导电性能差(或电阻大),正)正常工作前导电性能差(或电阻大),正常工作后导电性能好(或电阻小);常工作后导电性能好(或电阻小);103/3。第21页,此课件共54页哦例例6、如图如图1的电路中的电路中R1=R2=100,是阻值不随温度而,是阻值不随温度而变的定值电阻白炽灯泡变的定值电阻白炽灯泡
22、L的伏安特性曲线如图的伏安特性曲线如图2所所示电源电动势示电源电动势E=100V,内阻不计内阻不计,求求:当电键当电键K断开时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯断开时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率泡的实际电功率当电键闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯当电键闭合时,灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率泡的实际电功率 第22页,此课件共54页哦 解:(解:(1)0.60A 24W K断开时,灯泡跟断开时,灯泡跟R1串联,电流串联,电流相等,而且灯泡与相等,而且灯泡与R1的电压之和等于的电压之和等于100V。结合灯泡的伏安特性曲线,灯泡电压为结合灯泡的伏
23、安特性曲线,灯泡电压为40V时,其电流大时,其电流大约是约是0.6A,R1分压分压60V,且为定值电阻,所以电流也为,且为定值电阻,所以电流也为0.6A。(2)0.46A 12.4WK闭合后,灯泡与闭合后,灯泡与R2并联,分压一定并联,分压一定小于小于40V;当当UL=30V时时,IL=0.50A,通过通过R1的电流为的电流为0.80A,R1分压分压80V,则总电压等于,则总电压等于110V;当当UL=25V时时,IL大约大约0.45A,则总电流为则总电流为0.70A,总电压为总电压为95V100V;所以所以,取取UL=27V,则则IL大约大约0.46A,则总电流则总电流I=0.46+0.27
24、=0.73A,R1分压分压73V,总电压恰好总电压恰好100V。灯泡消耗电功率。灯泡消耗电功率PL=ULIL=0.46 27 W=12.4W第23页,此课件共54页哦 八、课后练习八、课后练习1、某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组、某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和和I的数据:求:的数据:求:在图上画出在图上画出IU图线。图线。从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是 ;这表明导体的电阻随温度升高而;这表明导体的电阻随温度升高而 。编号 12345678U/V0.20 0.601.001.40 1.
25、80 2.20 2.603.00 I/A0.0200.0600.1000.140 0.170 0.190 0.200 0.205发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光第24页,此课件共54页哦 在图上画出在图上画出IU图线。图线。从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是情况是 ;这表明导体的电阻随温度升高而;这表明导体的电阻随温度升高而 。解:解:IU图线如图图线如图2所示。所示。先不变,后逐渐增先不变,后逐渐增大;增大。大;增大。第25页,此课件共54页哦2、两盏额定电压均为、两盏额定电压均为220的白炽灯的白炽灯A、B的伏的
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