2019-2020年高三物理一輪復習 描繪小電珠的伏安特性曲線學案.doc
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2019-2020年高三物理一輪復習 描繪小電珠的伏安特性曲線學案 學生課堂隨筆 通過實驗來描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律． 【實驗原理】 在純電阻電路中，電阻兩端的電壓和通過電阻的電流呈線性關系，也就是U-I曲線是條過原點的直線。但是實際電路中由于各種因素的影響，U-I曲線就可能不是直線。如圖3-1所示，根據(jù)分壓電路的分壓作用，當滑片C由A端向B端逐漸移動時，流過小電珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的電流和小電珠兩端的電壓，由零開始逐漸變化，分別由電流表、電壓表示出其值大小，將各組I、U值描繪到U--I坐標上，用平滑的曲線連接各點，即得到小燈泡的伏安特性曲線。 金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度升高而增大，從而測得一段金屬導體的電阻隨溫度發(fā)生相應變化。本實驗通過描繪伏安特性曲線的方法來研究鎢絲燈泡在某一電壓變化范圍內(nèi)阻值的變化，從而了解它的導電特性。 【步驟規(guī)范】 實驗步驟 操作規(guī)范 一.連接實驗電路 1．對電流表、電壓表進行機械調(diào)零 2．布列實驗器材，接圖3-1連接實驗電路，電流表量程0.6A，電壓表量程3V 1．若表針不在零位，用螺絲刀旋動機械調(diào)零螺釘，使其正對。 2．電鍵接入電路前，處于斷開位置；閉合電鍵前，滑動變阻器的電阻置于阻值最大；電線連接無“丁”字形接線。 二．讀取I、U數(shù)據(jù) 1．將滑動變阻器的滑片C向另一端滑動， 讀取一組電流表和電壓表的讀數(shù) 2．逐漸移動滑動變阻器的阻值，在“0~3.8V”或“0~4V”范圍內(nèi)記錄12組電壓值U和相應的電流值I 1．使電路中燈泡兩端電壓從0開始逐漸增大，可在伏特表讀數(shù)每增加一個定值（如0.5V）時，讀取一次電流值，并將數(shù)據(jù)記錄在表中。調(diào)節(jié)滑片時應注意伏特表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓 2．電流表和電壓表讀數(shù)要有估讀（一般可估讀到最小分度的 三．描繪圖線 將12組U、I值，描繪到I—U坐標上，畫出I—U曲線 在坐標紙上建立一個直角坐標系，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標軸選取的標度要合理，使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標紙；要用平滑曲線將各數(shù)據(jù)點連接起來。 四．拆除電路，儀器復原 【注意事項】 1．本實驗中，因被測小燈泡燈絲電阻較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法． 2．因本實驗要作I－U圖線，要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此變阻器要采用分壓接法． 3．電鍵閉合前變阻器滑片位置 4．電鍵閉合后，調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使燈泡的電壓逐漸增大，可在伏特表讀數(shù)每增加一個定值（如0.5V）時，讀取一次電流值，并將數(shù)據(jù)（要求兩位有效數(shù)字）記錄在表中．調(diào)節(jié)滑片時應注意伏特表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓． U-I圖線在U＝1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0 V左右測繪點要密，否則將出現(xiàn)很大誤差. 學生課堂隨筆 5．在坐標紙上建立一個直角坐標系，縱軸表示電流，橫軸表示電壓，兩坐標軸選取的標度要合理，使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標紙；要用平滑曲線將各數(shù)據(jù)點連接起來． 【典型例題】 1.電壓表、電流表的使用 例1：如圖所示，電流表的示數(shù)是 A，電壓表的示數(shù)是 V 2.伏安法測電阻的兩種電路 1.2.1兩種電路的誤差分析 無論實驗目的是什么（做伏安特性曲線、測電阻、測電功率），只要同時測電路元件的電流I和電壓U，I和U兩個物理量中就只有一個是真實值。 用伏安法測電流和電壓的電路有兩種，如圖4AB，其中A是電流表的內(nèi)接，B是電流表的外接。 在圖A中是 表的 作用引起誤差。其中 表的讀數(shù)是真實值， 表的讀數(shù)不是真實值。用此方法測電阻，R測 R真（＞，＜，＝），Rx RA時采用此接法誤差較小。此電路適用于測 電阻。 在B圖中是 表的 作用引起誤差。其中 表的讀數(shù)是真實值， 表的數(shù)不是真實值。用此方法測電阻，R測 R真（＞＜＝），Rx RV時采用此接法誤差較小。此電路適用于測 電阻。 1.2.2選擇電路的兩類方法 ①直接比較法： ②測試判斷法： 圖5 3、滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點 如圖所示的兩種電路中，滑動變阻器（最大阻值為R0）對負載RL的電壓、電流強度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖2電路稱為限流接法，圖3電路稱為分壓接法. 例2．如圖所示，滑動變阻器R1的最大阻值是200歐，定值電阻的阻值R2=300歐，A、B兩端的電壓恒定，且UAB=8V。當開關S斷開時，移動滑片P，R2兩端的電壓變化范圍是 ，當開關S閉合時，移動滑片P，R2兩端的電壓變化范圍是 學生課堂隨筆 4. 三種元件的伏安特性曲線對比 （1）金屬導體的伏安特性曲線 I/A U/v 0 12 8 4 2 4 600 I/A U/v 0 12 8 4 1 2 600 （甲） （乙） 金屬導體滿足歐姆定律：，所以用縱坐標表示電壓或電流，橫坐標表示電流或電壓，作出的圖線為過原點的直線，其斜率或斜率的倒數(shù)表示電阻。故根據(jù)金屬導體伏安特性曲線可以計算電阻。 【例題3】如圖為甲、乙兩金屬電阻的伏安特性曲線,某同學是這樣計算它們的阻值的：==，你認為他的解法對嗎？如果不對，它們的阻值應為多少？ I/A 1.0 0.2 0 0.4 U/v 0.6 2.0 A B （2）小燈泡的伏安特性曲線 燈泡是利用電流的熱效應工作的，隨著加在燈泡上的電壓增大，燈泡中的電流隨之增大，發(fā)熱功率增大，發(fā)熱功率大于散熱功率時，燈絲因溫度升高而電阻增大，在坐標系中圖線的點的切線斜率增大，所以小燈泡的伏安特性曲線是非線性的。小燈泡伏安特性曲線如圖所示。 【例題4】某小燈泡的伏安特性曲線如右圖所示，試求燈絲電阻在A、B兩點間因溫度的影響改變了多少？ （3）二極管的伏安特性曲線 對二極管施加正向偏置電壓時，則二極管中就有正向電流通過(多數(shù)載流子導電)，隨著正向偏置電壓的增加，開始時，電流隨電壓變化很緩慢，而當正向偏置電壓增至接近二極管導通電壓時(鍺管為0.2V左右，硅管為 0.7V左右)，電流急劇增加，二極管導通后，電壓的少許變化，電流的變化都很大。 對上述二種器件施加反向偏置電壓時，二極管處于截止狀態(tài)，其反向電壓增加至該二極管的擊穿電壓時，電流猛增，二極管被擊穿，在二極管使用中應竭力避免出現(xiàn)擊穿觀察，這很容易造成二極管的永久性損壞。所以在做二極管反向特性時，應串入限流電阻，以防因反向電流過大而損壞二極管。二極管（鍺管）伏安特性示意圖如右上圖所示。 【例題5】某同學對黑箱(見圖1)中一個電學元件的伏安特性進行研究。通過正確測量，他發(fā)現(xiàn)該元件兩端的電壓Uab(Uab=Ua-Ub)與流過它的電流I之間的變化關系有如下規(guī)律:①當-15V
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