新课标2019版高考物理一轮复习实验9描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

1、实验9描绘小电珠的伏安特性曲线,-2-,一、实验目的1.描绘小电珠的伏安特性曲线。2.分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验原理1.测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象。2.由图象的斜率反映电流与电压和温度的关系。三、实验器材学生电源(46 V直流)或电池组、小电珠(3.8 V,0.3 A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。,-3-,四、实验步骤1.连接电路确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,用导线连接成如图所示电路。,-4-,2.测出小电珠在不同电压下的电流(1)闭合开关S前,滑动变阻器滑片应移到最左端,以使开关闭合时小电珠两端的电压

2、能从零开始变化;同时,这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。(2)移动滑动变阻器滑片的位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格。3.拆除电路,整理仪器。,-5-,五、数据处理1.在坐标纸上以U为横轴,I为纵轴,建立坐标系。2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。3.将描出的点用平滑的曲线连接起来就得到小电珠的伏安特性曲线。六、误差分析1.系统误差:由于电压表、电流表不是理想电表,电表内电阻对电路的影响带来的误差。2.偶然误差:(1)电压表、电流表的读数带来的误差。(2)在坐标纸上描点、作图带来的

3、误差。,-6-,七、注意事项1.电路的连接方式:(1)电流表应采用外接法:因为小电珠(3.8 V0.3 A)的电阻很小,与00.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。(2)滑动变阻器应采用分压式连接,目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。3.I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。4.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。5.误差较

4、大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。,-7-,1.在实验中,由于电源电动势的限制,小电珠两端的电压达不到其工作的额定电压,是否影响该实验的实验结论?提示：不影响。,-8-,2.设计一种测小电珠电阻的准确方法。提示：如图所示,两个电压表完全相同且内阻很大。移动滑动变阻器滑片,调节电阻箱的示数,使两个电压表示数相同,则电阻箱的读数即为小电珠的电阻值,记下小电珠的电阻和电压;多次移动滑动变阻器滑片,采用相同方法,记下相应电阻箱示数和电压表的读数。在坐标纸上画出R-U图线,并分析R随U变化的规律。在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中,由于电表内阻的影响,会产生系统误差使得小电珠的电阻测量不准确

5、。上述实验方法可以消除这种误差,操作、读数比较方便。,-9-,考点一,考点二,考点三,例1(2017吉林长春模拟)某实验小组描绘规格为“2.5 V0.6 W”的小电珠的I-U特性曲线。实验室提供下列器材:A.电流表A1(量程为025 mA,内阻约0.2 )B.电流表A2(量程为0300 mA,内阻约1 )C.电压表V1(量程为03 V,内阻约5 k)D.电压表V2(量程为015 V,内阻约15 k)E.滑动变阻器R1(010 ,额定电流1.5 A)F.滑动变阻器R2(01 000 ,额定电流0.5 A)G.直流电源(电动势6 V,内阻忽略不计)H.开关一个、导线若干(1)在小电珠接入电路前,使

6、用多用电表直接测量小电珠的电阻,则应将选择开关旋至挡进行测量。(填选项前的字母)A.直流电压10 VB.直流电流5 mAC.欧姆“100”D.欧姆“1”,-10-,考点一,考点二,考点三,(2)实验中所用的电流表应选;电压表应选;滑动变阻器应选。(只需填器材前面的字母代号)(3)若采用如图甲所示的电路描绘小电珠的伏安特性曲线,电压表的右端应与电路中的(选填“a”或“b”)点相连。,-11-,考点一,考点二,考点三,(4)开关闭合之前,图中滑动变阻器的滑片应该置于(选填“c”“d”或“cd中间”)端。(5)测量后,该小组根据实验数据,拟合出小电珠的I-U特性曲线如图乙所示。请根据曲线确定小电珠两

7、端电压为1.5 V时,其实际功率P=W。(6)该小组按实验要求设计出正确电路图并正确连线后,闭合开关,慢慢增大小电珠的电压,发现刚开始时两电表指针均偏转,但小电珠不发光,请简要分析原因:,-12-,-13-,(3)小电珠电阻为10.4 ,电流表内阻约1 ,电压表内阻约为5 k,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,由题图甲所示电路图可知,电压表的右端应与电路中的a端连接。(4)由题图甲所示电路图可知,滑动变阻器采用分压接法,开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应置于c端。(5)由题图乙所示图象可知,小电珠两端电压为1.5 V时,通过电珠的电流为0.22 A,则电珠实际功率P=UI=0.33

8、W。(6)分析原因:电压(电流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度。,答案 (1)D(2)BCE(3)a(4)c(5)0.33(6)电压(电流)较小时,灯丝的温度较低,达不到发光的温度,-14-,考点一,考点二,考点三,思维点拨(1)小电珠的额定电流I=0.5 A。(2)要求电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法。(3)连接实物时应注意什么问题?,提示：先画出实验原理图,按照原理图按顺序连接实物。,规律总结电学实验电路设计的思路与方法1.首先应明确题目的要求,看清题目要求测量什么物理量,验证、探究什么物理规律,或要求设计达到何种标准的电路等。其设计原则是:安全、方便、经济。2.在测量

9、电路中,一般有电流表内接和外接两种方法,对于给定电表内阻的情况,应先比较R0与待测电阻Rx的关系,其中R0= ,若RxR0,则设计为电流表内接法;若RxR0,则设计为电流表外接法;若电表量程不合适,往往还要用定值电阻对电表进行改装。,-15-,考点一,考点二,考点三,3.控制电路有滑动变阻器的分压式和限流式两种接法,两种接法的选择方法如下:(1)采用限流式接法时不能控制电流(或电压)满足实验要求,即滑动变阻器阻值调到最大,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或额定电压),则必须选用分压式接法。(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器的最大电阻大得多,以

10、致在限流电路中,滑动变阻器的滑片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,应改用分压式接法。(3)若实验中要求测量电路中电压从0开始连续变化,则必须采用分压式接法。(4)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。,-16-,考点一,考点二,考点三,实验电路设计与数据处理例2要描绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5 V,内阻约1 );电流表(量程为0250 mA,内阻约5 );电压表(量程为03 V,内阻约3 k);开关一个、导线若

11、干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值20 ,额定电流1 A)B.滑动变阻器(最大阻值1 750 ,额定电流0.3 A),-17-,考点一,考点二,考点三,(2)实验的电路图应选用下列的图(填字母代号)。,-18-,考点一,考点二,考点三,(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V,内阻为5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。,-19-,考点一,考点二,考点三,解析： (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A。,(3)电路中

12、的短路电流I短= =0.3 A,在灯泡的I-U图上作出电源的I-U图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.11 W=0.1 W。,-20-,考点一,考点二,考点三,答案： (1)A(2)B(3)0.1,-21-,考点一,考点二,考点三,例3(2017重庆模拟)在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,需测量一个标有“3 V,1.5 W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。现有如下器材:直流电源(电动势3.0 V,内阻不计)电流表A1(量程03 A,内阻约0.1 )电流表A2(量程00.6 A,内阻约5 )电压表V1(量程03 V,内阻约3 k)电压表V2(量程015 V,

13、内阻约200 k)滑动变阻器R1(阻值010 ,额定电流1 A)滑动变阻器R2(阻值01 k,额定电流300 mA)(1)在该实验中,电流表应选择(选填“A1”或“A2”),电压表应选择(选填“V1”或“V2”),滑动变阻器应选择(选填“R1”或“R2”)。,-22-,(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路,请在乙图方框中完成实验的电路图。,-23-,(3)该同学连接电路后检查所有元器件都完好,电流表和电压表已调零,经检查各部分接触良好。但闭合开关后,反复调节滑动变阻器,小灯泡的亮度发生变化,但电压表和电流表示数不能调为零,则断路的导线为。(4)图丙是学习小组在

14、实验中根据测出的数据,在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。若将该灯泡与一个6.0 的定值电阻串联,直接接在题中提供的电源两端,请估算该小灯泡的实际功率P=W(保留两位有效数字)。(若需作图,可直接画在图中),-24-,解析 (1)由P=UI可得,I=500 mA;为了安全和准确,电流表应选择A2;灯泡的额定电压为3 V,直流电压表选择03 V量程的误差较小,即选V1。因本实验中应采用分压接法,故滑动变阻器应选R1。(2)分压式+外接法,电路图如图(a)所示。,-25-,(3)由题意可知,电路中有电流但不能调零,且灯泡亮度发生变化,说明滑动变阻器接成了限流接法,是h导线发生了断路。(4)定值电阻与电源组成等效电源,在灯泡I-U图象坐标系内作出等效电源的I-U图象如图(b)所示:由图可知,灯泡两端电压为1.14 V,通过灯泡的电流为0.32 A,灯泡实际功率P=UI0.36 W。答案 (1)A2V1R1(2)如解析图所示(3)h(4)0.36(0.350.38),-26-,考点一,考点二,考点三,方法归纳电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法电源对电路中小灯泡供电工作,显然路端电