高中物理課件第2章 特別策劃(1) 實驗：描繪小電珠的伏安特性曲線（粵教版選修3-1）

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歡迎進入物理課堂 特別策劃 一 實驗 描繪小電珠的伏安特性曲線 1 描繪小電珠的伏安特性曲線時 用 測出流過小燈泡的電流 用 測出小燈泡兩端的電壓 測出多組 I U 值 在I U坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點 用一條平滑曲線將這些點連接起來 就可以得到小燈泡的伏安特性曲線 2 小燈泡 3 8V0 3A 的電阻很小 當(dāng)它與電流表 量程為0 6A 時 電流表的分壓影響很大 故為了準(zhǔn)確地描繪出小燈泡的伏安特性曲線 電流表應(yīng)采用 接法 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(yīng)采用 接法 電壓表 串聯(lián) 電流表 外 分壓式 3 如圖T1 1所示 當(dāng)電流表接3A量程時 讀數(shù)是 電壓表接15V量程時讀數(shù)是 圖T1 1 解析 0 3A擋電流表的最小刻度值為0 1A 估讀到0 1A 故圖中讀數(shù)為1 72A 0 15V電壓表的最小刻度值為0 5V 圖中讀數(shù)為10 8V 1 72A 10 8V 4 選項所列的四個圖象中 能正確地表示小電珠U I之 間的函數(shù)關(guān)系的是 C 解析 此圖象描述I隨U變化的規(guī)律 由于金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而增大 從而使小電珠燈絲的電阻隨溫度的升高而增大 因而它的伏安特性線是曲線 由歐姆定律知U越大 I越大 溫度越高 對應(yīng)的電阻越大 選C 描繪小電珠的伏安特性曲線 實驗?zāi)康?1 練習(xí)電壓表 電流表 滑動變阻器的使用 2 描繪小燈泡的伏安特性曲線并分析其變化規(guī)律 3 學(xué)會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù) 實驗原理 1 原理圖 如圖T1 2所示 2 原理 用電流表測出流過小燈泡的電流 用電壓表測出小燈泡兩端的電壓 測出多組 I U 值 在I U坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點 用一條平滑曲線將這些點連接起來 就可以得到小燈泡的伏安特性曲線 圖T1 2 實驗器材 小燈泡 4 6V學(xué)生電源 滑動變阻器 電壓表 電流表 導(dǎo)線若干 開關(guān) 實驗步驟 1 連接電路 將小電珠 電流表 電壓表 滑動變阻器 電源 開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖T1 2所示電路 2 測出小電珠在不同電壓下的電流 閉合開關(guān)S前 滑動變阻器觸頭應(yīng)移到最左端 移動滑動變阻器觸頭的位置 測出多組不同的電壓值U 和電流值I 并將測量數(shù)據(jù)填入表格 特別提醒 I U圖線在U0 1 0V左右將發(fā)生明顯彎曲 故在U 1 0V左右測繪點要密 否則將出現(xiàn)很大誤差 3 拆除電路 整理儀器 數(shù)據(jù)處理 1 在坐標(biāo)紙上以U為橫軸 以I為縱軸 建立坐標(biāo)系 2 在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點 坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中 以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜 3 將描出的點用平滑的曲線連接起來 就得到了小電珠的 伏安特性曲線 注意事項 1 電路的連接方式 電流表應(yīng)采用外接法 因為小電珠的電阻較小 與電流 表串聯(lián)時 電流表的分壓影響不能忽略 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接 目的是為了使小電珠兩 端的電壓能從零開始連續(xù)變化 2 滑片位置 閉合開關(guān)S前 滑動變阻器觸頭應(yīng)移到小電珠分得電壓為零的位置 使開關(guān)閉合時小電珠電壓能從零開始變化 同時也可防止開關(guān)剛閉合時小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲 3 電流表選擇0 6A量程 3 8V 0 3A 的小電珠 選 用電壓表的15V量程 2 5V 0 6A 的小電珠 則選用電壓 表的3V量程 4 保持小電珠電壓接近額定值時要緩慢增加 到額定值 讀出I后立即斷開開關(guān) 5 誤差較大的點要舍去 I U圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線 要點1實驗器材的選取及電路的選擇 儀器選擇的一般順序是先易后難 首先確定出必須使用而又不必選擇的儀器 然后以其為突破口 根據(jù)電路要求和電路計算 選擇出電源 滑動變阻器 電流表 電壓表以及合理的量程 待測電阻的額定電流 額定電壓 估算值 是選擇合適量程的電流表和電壓表的重要依據(jù) 例1 在 描繪小電珠的伏安特性曲線 實驗中 使用 的小電珠為 6V 3W 其他可供選擇的器材有 電壓表V1 量程6V 內(nèi)阻20k 電壓表V2 量程20V 內(nèi)阻60k 電流表A1 量程3A 內(nèi)阻0 2 電流表A2 量程0 6A 內(nèi)阻1 變阻器R1 0 1000 0 5A 變阻器R2 0 20 2A 學(xué)生電源E 6 8V 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 實驗中要求電壓表在0 6V范圍內(nèi)讀取并記錄下12組左右不同的電壓值U和對應(yīng)的電流值I 以便作出伏安特性曲線 在上述器材中 電流表應(yīng)選用 變阻器應(yīng)選用 在下面的方框中畫出實驗的原理圖 解析 小燈泡額定電壓為6V 額定電流為0 5A 即允許通過小燈泡的電流最大不超過0 5A 最大電壓不超過6V 在選擇電壓表和電流表時 本著安全 精確的原則 安全原則是量程要大于所測電流或電壓值 精確原則是量程要盡量小 量 U262 程越小測量越精確 故電流表應(yīng)選A2 電壓表應(yīng)選V1 滑動變阻器選取時要本著安全 夠用 調(diào)節(jié)方便的原則 安全 即流過變阻器的最大電流應(yīng)小于允許通過的最大電流 方便 即變阻器的總電阻應(yīng)接近小燈泡的電阻 本實驗中的小燈泡在正常工作時電阻為R燈 P3 12 故應(yīng)選用R2 連接電路時 變阻器采取分壓式 電流表外接 原理如圖 T1 3所示 圖T1 3 答案 A2R2如圖T1 3所示 觸類旁通 1 一只小燈泡 標(biāo)有 3V1 5W 字樣 現(xiàn)要描繪小燈 泡0 3V的伏安特性曲線 實驗器材有 A 最大阻值為10 的滑動變阻器 B 電動勢為6V 內(nèi)阻約為1 0 的電源 C 量程為0 6A 內(nèi)阻約為1 0 的電流表A1D 量程為3A 內(nèi)阻約為0 1 的電流表A2E 量程為3V 內(nèi)阻約為6k 的電壓表V1F 量程為15V 內(nèi)阻約為10k 的電壓表V2G 開關(guān) 導(dǎo)線若干 1 電壓表應(yīng)選用 電流表應(yīng)選用 2 在該實驗中 設(shè)計了如下圖所示的四個電路 為了減小誤差 應(yīng)選取的電路是 將選項代號的字母填在橫線上 E C C 要點2實物圖連線 分壓電路的實物連接是學(xué)習(xí)的難點 連線時可先連電源 開關(guān) 滑動變阻器兩端 阻值最大 再連接待測電阻支路 最后將伏特表并聯(lián)到Rx兩端 連圖時要盡量按照電流的流向 先 串 后 并 先 干路 后 支路 同時也要注意電壓表和電流表接線柱的 必須注意以下兩點 連線不能交叉 必須把線接在接線柱上 例2 現(xiàn)在要測量一只額定電壓為U 3V的小電珠L的 額定功率P 約為0 3W 實驗室備有如下器材 電流表A1 量程200mA 內(nèi)阻r1 10 電流表A2 量程300mA 內(nèi)阻約為幾歐姆 定值電阻R 10 滑動變阻器R1 0 100 0 5A 電源E E 5V 內(nèi)阻r 1 單刀開關(guān)一個 導(dǎo)線若干 1 設(shè)計出實驗電路 畫在下面的方框中 圖T1 4 2 按 1 中設(shè)計的電路圖把圖T1 4中儀器連接起來 3 寫出主要的操作步驟 150mA 故用A1和R 解析 本實驗中要測燈泡電壓 但沒有電壓表 要用電流表和定值電阻來代替 燈泡的額定電壓為3V 則流過電流表 和定值電阻的電流最大值為Im UR r1 答案 1 如圖T1 5所示 2 如圖T1 6所示 圖T1 5 圖T1 6 代替電壓表 3 按設(shè)計好的電路圖連接好電路 開關(guān)S閉合前 滑動變阻器的滑片P移至阻值最大的位置 閉合開關(guān)S 移動滑片P 使電流表A1的示數(shù)I1 UR r1 310 10 A 150mA 使小電珠正常發(fā)光 同時記下此時電流 點評 電流表和定值電阻 電阻箱 串聯(lián)可代替電壓表 電壓表和定值電阻 電阻箱 并聯(lián)可代替電流表 表A2的示數(shù)I2 斷開開關(guān)S 拆除電路 整理儀器 觸類旁通 2 如圖T1 7所示為用伏安法測量一個定值電阻阻值的實 驗所需的器材實物圖 器材規(guī)格如下 圖T1 7 A 待測電阻Rx 約100 B 直流毫安表 量程0 10mA 內(nèi)阻50 C 直流電壓表 量程0 3V 內(nèi)阻5k D 直流電源 輸出電壓4V 內(nèi)阻不計 E 滑動變阻器 阻值范圍0 15 允許最大電流1A F 開關(guān)1個 導(dǎo)線若干條 根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求 在本題的實物圖上連線 圖4 要點3數(shù)據(jù)處理 畫伏安特性曲線 例3 某同學(xué)在測繪額定電壓為2 5V的小燈泡的I U 特性曲線的實驗中測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表 根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù) 在圖T1 8中畫出小燈泡的I U 特性曲線 圖T1 8 解析 適當(dāng)建立標(biāo)度 描點如圖T1 9所示 圖T1 9 答案 如圖T1 9所示 觸類旁通 3 一個小燈泡的額定電壓為2 0V 額定電流約為0 5A 選用下列實驗器材描繪小燈泡的伏安特性曲線 電源E1 電動勢為3 0V 內(nèi)阻不計電源E2 電動勢為12 0V 內(nèi)阻不計 電壓表V 量程為0 3V 內(nèi)阻約為10k 電流表A1 量程為0 3A 內(nèi)阻約為0 1 電流表A2 量程為0 0 6A 內(nèi)阻約為0 6 滑動變阻器R 最大阻值為10 額定電流為1 0A開關(guān)S 導(dǎo)線若干 用實驗得到如下數(shù)據(jù) I和U分別表示小燈泡的電流和電 壓 1 實驗中電源應(yīng)選用 電流表應(yīng)選用 2 在下面虛線框中畫出實驗電路圖 3 在下面坐標(biāo)系中畫出小燈泡的U I曲線 圖T1 10 分壓接法 R燈 4 電流表要外接 測量電路如圖5所示 4 若將本題中的小燈泡接在電動勢是1 5V 內(nèi)阻是1 0 的電池兩端 則小燈泡的實際功率是 若需作圖 可直接畫在坐標(biāo)系中 解析 1 因小燈泡的額定電壓為2 0V 所以電源選E1 又因小燈泡的額定電流約為0 5A 故電流表選A2 2 因為小燈泡的電壓從0 2V開始 所以滑動變阻器要用 U I 4 設(shè)小燈泡的電壓為U 電流為I 由閉合電路歐姆定律得 U 1 5 I 作出電源U I圖象與小燈泡的U I曲線 交點坐標(biāo)為小燈泡工作時的電壓和電流 兩者之積為小燈泡的實際功率 2 如圖5所示 4 0 44W 答案 1 E1A2 3 如圖6所示 圖5 圖6 1 電流表內(nèi) 外接的判斷 3 試探法 按圖T1 11所示接好電路 讓電壓表的一接線柱按電路連接好 另一接線柱P先后與a b處接觸一下 如果電壓表的示數(shù)有較大的變化 而電流表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表外接法 如果電流表的示數(shù)有較大的變化 而電壓表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表內(nèi)接法 圖T1 11 2 滑動變阻器的分壓 限流式接法 3 誤差的分析及注意事項 1 本實驗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 本實驗要作出I U圖線 要求測出一組包括零在內(nèi)的 電流 電壓值 故控制電路必須采用分壓接法 3 為保護元件不被燒毀 開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于使 加在待測電路電壓最小端 4 加在燈泡兩端的電壓不要超過燈泡的額定電壓 記憶口訣 電路連接是關(guān)鍵 先串后并把線連 滑動變阻要分壓 電流表外接減誤差 電壓從零開始變 I U坐標(biāo)連曲線 要對圖線細(xì)研究 得出規(guī)律記心間 例4 表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡U I關(guān)系的實驗數(shù) 據(jù) 圖T1 12 1 分析上表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知 應(yīng)選用的實驗電路圖是圖 填 甲 或 乙 2 在方格紙內(nèi)畫出小燈泡的U I曲線 分析曲線可知小燈泡的電阻隨I變大而 填 變大 變小 或 不變 3 如圖丙所示 用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡組成串并聯(lián)電路 連接到內(nèi)阻不計 電動勢為3V的電源上 已知流過電阻R的電流是流過燈泡b電流的兩倍 則流過燈泡b的電流約為 A 圖T1 13 解析 1 由小燈泡U I關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)可得 電路中燈泡兩端的電壓可調(diào)為0 只有甲電路具有此功能 而乙圖的電路不具此功能 2 U I曲線如圖T1 14所示 由所做出的U I曲線知 曲線上各點與原點連線的斜率越來越大 說明燈泡的電阻越來越大 圖T1 14 答案 1 甲 2 如圖T1 14所示 變大 3 0 07 觸類旁通 4 2012年茂名一模 小明同學(xué)用下列器材描繪額定電壓為3 0V的小燈泡的伏安特性曲線 要求電壓變化從零開始 并研究小燈泡實際功率及燈絲溫度等問題 A 電流表 0 6A 1 B 電壓表 3V 1k C 滑動變阻器 10 1A D 電源 4V 內(nèi)阻不計 1 用筆畫線代替導(dǎo)線 將圖T1 15中的實驗儀器連成完 整的實驗電路 圖T1 15 2 開關(guān)閉合前 滑動變阻器的滑片應(yīng)置于 端 填 a 或 b 3 閉合開關(guān) 變阻器的滑片向b端移動 電壓表的示數(shù)逐漸增大 電流表指針卻幾乎不動 則電路的故障為 4 排除故障后 小明完成了實驗 并由實驗數(shù)據(jù)畫出小燈泡I U圖象如圖T1 16中實線所示 由圖可確定小燈泡在電壓為2 0V時實際功率為 保留兩位有效數(shù)字 圖T1 16 5 圖T1 16是用多用電表歐姆擋 1 擋直接測量小燈泡燈絲在27 時電阻值 則阻值為 若小燈泡燈絲電阻值與燈絲溫度的關(guān)系為R k 203 t k為比例常數(shù) 根據(jù)I U圖中的實線 估算該燈泡正常工作時燈絲的溫度約為 6 若I U圖中的虛線 或 表示小燈泡真實的伏安特性曲線 與實線相比 虛線 填 或 才是其真實的伏安特性曲線 圖T1 17 答案 1 如圖7所示 3 小燈泡斷路 2 a 4 0 38 5 1 51797 6 圖7 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全