高中物理課件第2章 特別策劃(1) 實(shí)驗(yàn)：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(jìn)入物理課堂 特別策劃 一 實(shí)驗(yàn) 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(shí) 用 測(cè)出流過小燈泡的電流 用 測(cè)出小燈泡兩端的電壓 測(cè)出多組 I U 值 在I U坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn) 用一條平滑曲線將這些點(diǎn)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(shí) 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(dòng)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(shí) 讀數(shù)是 電壓表接15V量程時(shí)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(xiàng)所列的四個(gè)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(duì)應(yīng)的電阻越大 選C 描繪小電珠的伏安特性曲線 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 練習(xí)電壓表 電流表 滑動(dòng)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(huì)利用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)原理 1 原理圖 如圖T1 2所示 2 原理 用電流表測(cè)出流過小燈泡的電流 用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓 測(cè)出多組 I U 值 在I U坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn) 用一條平滑曲線將這些點(diǎn)連接起來 就可以得到小燈泡的伏安特性曲線 圖T1 2 實(shí)驗(yàn)器材 小燈泡 4 6V學(xué)生電源 滑動(dòng)變阻器 電壓表 電流表 導(dǎo)線若干 開關(guān) 實(shí)驗(yàn)步驟 1 連接電路 將小電珠 電流表 電壓表 滑動(dòng)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(cè)出小電珠在不同電壓下的電流 閉合開關(guān)S前 滑動(dòng)變阻器觸頭應(yīng)移到最左端 移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭的位置 測(cè)出多組不同的電壓值U 和電流值I 并將測(cè)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(cè)繪點(diǎn)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(duì)應(yīng)的點(diǎn) 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(gè)坐標(biāo)紙為宜 3 將描出的點(diǎn)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(xiàng) 1 電路的連接方式 電流表應(yīng)采用外接法 因?yàn)樾‰娭榈碾娮栎^小 與電流 表串聯(lián)時(shí) 電流表的分壓影響不能忽略 滑動(dòng)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(dòng)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(shí)小電珠電壓能從零開始變化 同時(shí)也可防止開關(guān)剛閉合時(shí)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(shí)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(diǎn)要舍去 I U圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線 要點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)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(jì)算 選擇出電源 滑動(dòng)變阻器 電流表 電壓表以及合理的量程 待測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí) 本著安全 精確的原則 安全原則是量程要大于所測(cè)電流或電壓值 精確原則是量程要盡量小 量 U262 程越小測(cè)量越精確 故電流表應(yīng)選A2 電壓表應(yīng)選V1 滑動(dòng)變阻器選取時(shí)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(shí)驗(yàn)中的小燈泡在正常工作時(shí)電阻為R燈 P3 12 故應(yīng)選用R2 連接電路時(shí) 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(shí)驗(yàn)器材有 A 最大阻值為10 的滑動(dòng)變阻器 B 電動(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)中 設(shè)計(jì)了如下圖所示的四個(gè)電路 為了減小誤差 應(yīng)選取的電路是 將選項(xiàng)代號(hào)的字母填在橫線上 E C C 要點(diǎn)2實(shí)物圖連線 分壓電路的實(shí)物連接是學(xué)習(xí)的難點(diǎn) 連線時(shí)可先連電源 開關(guān) 滑動(dòng)變阻器兩端 阻值最大 再連接待測(cè)電阻支路 最后將伏特表并聯(lián)到Rx兩端 連圖時(shí)要盡量按照電流的流向 先 串 后 并 先 干路 后 支路 同時(shí)也要注意電壓表和電流表接線柱的 必須注意以下兩點(diǎn) 連線不能交叉 必須把線接在接線柱上 例2 現(xiàn)在要測(cè)量一只額定電壓為U 3V的小電珠L(zhǎng)的 額定功率P 約為0 3W 實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(gè) 導(dǎo)線若干 1 設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路 畫在下面的方框中 圖T1 4 2 按 1 中設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中要測(cè)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(jì)好的電路圖連接好電路 開關(guān)S閉合前 滑動(dòng)變阻器的滑片P移至阻值最大的位置 閉合開關(guān)S 移動(dòng)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(shí)記下此時(shí)電流 點(diǎn)評(píng) 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(cè)量一個(gè)定值電阻阻值的實(shí) 驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖 器材規(guī)格如下 圖T1 7 A 待測(cè)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(jì) E 滑動(dòng)變阻器 阻值范圍0 15 允許最大電流1A F 開關(guān)1個(gè) 導(dǎo)線若干條 根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求 在本題的實(shí)物圖上連線 圖4 要點(diǎn)3數(shù)據(jù)處理 畫伏安特性曲線 例3 某同學(xué)在測(cè)繪額定電壓為2 5V的小燈泡的I U 特性曲線的實(shí)驗(yàn)中測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表 根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)如圖T1 9所示 圖T1 9 答案 如圖T1 9所示 觸類旁通 3 一個(gè)小燈泡的額定電壓為2 0V 額定電流約為0 5A 選用下列實(shí)驗(yàn)器材描繪小燈泡的伏安特性曲線 電源E1 電動(dòng)勢(shì)為3 0V 內(nèi)阻不計(jì)電源E2 電動(dòng)勢(shì)為12 0V 內(nèi)阻不計(jì) 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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)量電路如圖5所示 4 若將本題中的小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)是1 5V 內(nèi)阻是1 0 的電池兩端 則小燈泡的實(shí)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?yàn)樾襞莸碾妷簭? 2V開始 所以滑動(dòng)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(diǎn)坐標(biāo)為小燈泡工作時(shí)的電壓和電流 兩者之積為小燈泡的實(shí)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(dòng)變阻器的分壓 限流式接法 3 誤差的分析及注意事項(xiàng) 1 本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小燈泡燈絲的電阻值較小 因此測(cè)量電路 必須采用電流表外接法 2 本實(shí)驗(yàn)要作出I U圖線 要求測(cè)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(hù)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(cè)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(dòng)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(duì)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(cè)量小燈泡U I關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù) 圖T1 12 1 分析上表內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知 應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)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(gè)定值電阻R和兩個(gè)上述小燈泡組成串并聯(lián)電路 連接到內(nèi)阻不計(jì) 電動(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)與原點(diǎn)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(shí)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(dòng)變阻器 10 1A D 電源 4V 內(nèi)阻不計(jì) 1 用筆畫線代替導(dǎo)線 將圖T1 15中的實(shí)驗(yàn)儀器連成完 整的實(shí)驗(yàn)電路 圖T1 15 2 開關(guān)閉合前 滑動(dòng)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(dòng) 電壓表的示數(shù)逐漸增大 電流表指針卻幾乎不動(dòng) 則電路的故障為 4 排除故障后 小明完成了實(shí)驗(yàn) 并由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出小燈泡I U圖象如圖T1 16中實(shí)線所示 由圖可確定小燈泡在電壓為2 0V時(shí)實(shí)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(cè)量小燈泡燈絲在27 時(shí)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(shí)線 估算該燈泡正常工作時(shí)燈絲的溫度約為 6 若I U圖中的虛線 或 表示小燈泡真實(shí)的伏安特性曲線 與實(shí)線相比 虛線 填 或 才是其真實(shí)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