选修3-1：7.实验八描绘小电珠的伏安特性曲线【2015《物理复习方略》一轮复习课件沪科版】

1、实 验 八描绘小电珠的伏安特性曲线【实验目的【实验目的】1.1.描绘小电珠的伏安特性曲线。描绘小电珠的伏安特性曲线。2.2.分析伏安特性曲线的变化规律。分析伏安特性曲线的变化规律。【实验原理【实验原理】1.1.用电流表测出流过小电珠的电流用电流表测出流过小电珠的电流, ,用电压表测出小电珠两端用电压表测出小电珠两端的电压的电压, ,测出多组测出多组(U,I)(U,I)值值, ,在在U-IU-I坐标系中描出各对应点坐标系中描出各对应点, ,用一用一条平滑的曲线将这些点连起来。条平滑的曲线将这些点连起来。2.2.电流表外接：因为小电珠的电阻较小电流表外接：因为小电珠的电阻较小, ,如果电流表内接如

2、果电流表内接, ,误差误差明显较大明显较大; ;滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化。化。3.3.滑动变阻器两种接法的对比：滑动变阻器两种接法的对比：方式方式内容内容限流接法限流接法分压接法分压接法对比说明对比说明两种接法电两种接法电路图路图串、并联关串、并联关系不同系不同负载负载R R上电上电压调节范围压调节范围 UEUE0UE0UE分压电路调分压电路调节范围大节范围大0RERR方式方式内容内容限流接法限流接法分压接法分压接法对比说明对比说明负载负载R R上电上电流调节范围流调节范围分压电路调分压电路调节范围大节范围大闭合闭合S S前触前

3、触头位置头位置b b端端a a端端都是为了保都是为了保护电路元件护电路元件0EEIRRR E0IR 4.4.分压和限流电路的选择原则：分压和限流电路的选择原则：(1)(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求, ,即若滑动变即若滑动变阻器阻值调到最大时阻器阻值调到最大时, ,待测电阻上的电流待测电阻上的电流( (或电压或电压) )仍超过电流仍超过电流表表( (或电压表或电压表) )的量程的量程, ,或超过待测电阻的额定电流或超过待测电阻的额定电流( (或电压或电压),),此此时时, ,则必须选用分压式电路。则必须选用分压式电路。(2)(2)若待测电阻

4、的阻值比滑动变阻器总电阻大得多若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多, ,以致在限流以致在限流电路中电路中, ,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时, ,待测电阻上的待测电阻上的电流或电压变化范围不够大电流或电压变化范围不够大, ,此时此时, ,应用分压式电路。应用分压式电路。(3)(3)若实验中要求电压从零开始调节若实验中要求电压从零开始调节, ,则必须采用分压式电路。则必须采用分压式电路。(4)(4)两种电路均可使用的情况下两种电路均可使用的情况下, ,应优先采用限流式接法应优先采用限流式接法, ,因为因为限流式接法电路简单、能耗低。限流式接法电路简单、能

5、耗低。【实验器材【实验器材】小电珠小电珠(3.8V,0.3A)(3.8V,0.3A)或或(2.5V,0.6A)(2.5V,0.6A)一个、电压表一个、电压表(0(03V3V15V)15V)与电流表与电流表(0(00.6A0.6A3A)3A)各一个、滑动变阻器各一个、滑动变阻器( (最大阻值最大阻值20)20)一个、学生低压直流电源一个、学生低压直流电源( (或电池组或电池组) )、开关一个、导线若干、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。坐标纸、铅笔。【实验过程【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.确定电流表、电压表的量程确定电流表、电压表的量程, ,采用电流表采用电流表外接法外接法, ,滑

6、动变阻器采用分压式接法滑动变阻器采用分压式接法, ,按如按如图所示的原理图连接好实验电路。图所示的原理图连接好实验电路。2.2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端, ,接线经检查无误后接线经检查无误后, ,闭合开关闭合开关S S。3.3.移动滑动变阻器滑片位置移动滑动变阻器滑片位置, ,测出测出1212组左右不同的电压值组左右不同的电压值U U和电和电流值流值I,I,并将测量数据填入表格中并将测量数据填入表格中, ,断开开关断开开关S S。4.4.拆除电路拆除电路, ,整理仪器。整理仪器。U/VU/V0 00.20.20.40.40.60.60.80.81.0

7、1.01.21.2I/AI/AU/VU/V1.61.62.02.02.42.42.82.83.23.23.63.63.83.8I/AI/A二、数据处理二、数据处理1.1.在坐标纸上以在坐标纸上以U U为横轴为横轴, ,以以I I为纵轴为纵轴, ,建立坐标系。建立坐标系。2.2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点。在坐标纸上描出各组数据所对应的点。3.3.将描出的点用平滑的曲线连接起来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就得到小电珠的伏安特性曲线。性曲线。【误差分析【误差分析】1.1.系统误差：由于电压表、电流表不是理想电表系统误差：由于电压表、电流表不是理想电表, ,电表内电

8、阻电表内电阻对电路的影响带来的误差。对电路的影响带来的误差。2.2.偶然误差：偶然误差：(1)(1)电压表、电流表的读数带来的误差。电压表、电流表的读数带来的误差。(2)(2)在坐标纸上描点、作图带来的误差。在坐标纸上描点、作图带来的误差。【注意事项【注意事项】1.1.闭合开关闭合开关S S前前, ,滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为0 0的一端的一端, ,从而使开关闭合时小电珠电压能从从而使开关闭合时小电珠电压能从0 0开始变化开始变化, ,同时同时, ,也也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而被烧坏。为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而

9、被烧坏。2.I-U2.I-U图线在图线在U=1.0VU=1.0V左右将发生明显弯曲左右将发生明显弯曲, ,故在故在U=1.0VU=1.0V左右要多左右要多测几组数据测几组数据, ,以防出现很大误差。以防出现很大误差。3.3.误差较大的点要舍去误差较大的点要舍去,I-U,I-U图线应是平滑曲线而非折线。图线应是平滑曲线而非折线。4.4.建立坐标系时建立坐标系时, ,纵轴表示电流纵轴表示电流, ,横轴表示电压横轴表示电压, ,两坐标轴选取两坐标轴选取的标度要合理的标度要合理, ,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。【实验改进【实验改进】1.1.数据处

10、理方式的改进：采用数据处理方式的改进：采用“DIS”DIS”数字化实验系统进行实数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。验数据的采集和处理。2.2.与原数据处理方式的比较：与原数据处理方式的比较：(1)(1)原方案。原方案。优点：由学生读出电压表、电流表的数据优点：由学生读出电压表、电流表的数据, ,并亲自动手绘出并亲自动手绘出伏安特性曲线伏安特性曲线, ,可锻炼学生的读数、动手操作能力。可锻炼学生的读数、动手操作能力。缺点：学生读数、绘图带来较大误差。缺点：学生读数、绘图带来较大误差。(2)(2)改进方案。改进方案。优点：电压、电流由传感器测出优点：电压、电流由传感器测出, ,由电脑进行数据

11、分析由电脑进行数据分析, ,再进再进行绘图行绘图, ,快捷、准确快捷、准确, ,误差较小。误差较小。缺点：一切在电脑上进行缺点：一切在电脑上进行, ,学生的动手能力得不到锻炼。学生的动手能力得不到锻炼。热点热点1 1 实验原理的理解和实验器材的选取实验原理的理解和实验器材的选取【典题【典题1 1】(2013(2013天津高考天津高考) )要测绘一个标有要测绘一个标有“3 V3 V0.6 W”0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线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灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,3 V,并便于操作。已选用的器材有：并便于操作。已选用的器材有：电池组电池组

12、( (电动势为电动势为4.5V,4.5V,内阻约内阻约1);1);电流表电流表( (量程为量程为0 0250mA,250mA,内阻约内阻约5);5);电压表电压表( (量程为量程为0 03V,3V,内阻约内阻约3k);3k);电键一个、导线若干。电键一个、导线若干。(1)(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的实验中所用的滑动变阻器应选下列中的( (填字填字母代号母代号) )。A.A.滑动变阻器滑动变阻器( (最大阻值最大阻值20,20,额定电流额定电流1A)1A)B.B.滑动变阻器滑动变阻器( (最大阻值最大阻值1750,1750,额定电流额定电流0.3A)0.3A)(2)(2)实验的电路图

13、应选用下列的图实验的电路图应选用下列的图( (填字母代号填字母代号) )。(3)(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示, ,如果将这个小如果将这个小灯泡接到电动势为灯泡接到电动势为1.5V,1.5V,内阻为内阻为55的电源两端的电源两端, ,小灯泡消耗的小灯泡消耗的功率是功率是W W。【解题探究【解题探究】(1)(1)滑动变阻器的选取原则一般是什么滑动变阻器的选取原则一般是什么? ?提示：提示：一般情况下一般情况下, ,若采用若采用“分压式分压式”接法接法, ,则选总阻值较小则选总阻值较小的滑动变阻器的滑动变阻器; ;若采用若采用“限流式限流式”接法接法

14、, ,则选用与测量电阻阻则选用与测量电阻阻值相当的滑动变阻器。值相当的滑动变阻器。(2)(2)把小灯泡接入电源的两端后把小灯泡接入电源的两端后, ,如何确定通过小灯泡的电流如何确定通过小灯泡的电流强度和小灯泡两端的电压强度和小灯泡两端的电压? ?提示：提示：把小灯泡接入电路后把小灯泡接入电路后, ,其两端的电压与电源的路端电压其两端的电压与电源的路端电压相等相等, ,在小灯泡的在小灯泡的I-UI-U图像中图像中, ,再画出电源的再画出电源的I-UI-U图线图线, ,两线的交两线的交点坐标即小灯泡的工作电流和电压。点坐标即小灯泡的工作电流和电压。【解析【解析】(1)(1)根据小灯泡标示的额定值可

15、以计算出小灯泡的额根据小灯泡标示的额定值可以计算出小灯泡的额定电流定电流I= =0.2A,I= =0.2A,两个滑动变阻器在此电流下都能保两个滑动变阻器在此电流下都能保证安全证安全, ,根据测绘小灯泡的伏安特性曲线的要求根据测绘小灯泡的伏安特性曲线的要求, ,小灯泡两端小灯泡两端的电压需要从零开始调节的电压需要从零开始调节, ,故调节电路中滑动变阻器应采用分故调节电路中滑动变阻器应采用分压接法。为方便调节应选用最大阻值小的滑动变阻器压接法。为方便调节应选用最大阻值小的滑动变阻器, ,故选故选A;A;(2)(2)额定电压下小灯泡的阻值额定电压下小灯泡的阻值R= =15,R= =15,远小于电压远

16、小于电压表内阻表内阻, ,故电流表应该采用外接法故电流表应该采用外接法, ,所以电路应采用分压外接所以电路应采用分压外接法法, ,故选故选B B。P0.6 AU3U3I0.2(3)(3)在小灯泡的伏安特性曲线图像中在小灯泡的伏安特性曲线图像中, ,根据根据E=U+IrE=U+Ir, ,即即I=0.3-I=0.3-0.2U,0.2U,作出电源的作出电源的I-UI-U图像如图所示图像如图所示, ,由图像可知由图像可知, ,由该电源对由该电源对小灯泡供电的电流小灯泡供电的电流I=0.1A,I=0.1A,电压电压U=1V,U=1V,故小灯泡消耗的功率为故小灯泡消耗的功率为P=IU=0.1WP=IU=0

17、.1W。答案：答案：(1)A(1)A(2)B(2)B(3)0.1(3)0.1热点热点2 2 电路的连接和数据分析电路的连接和数据分析【典题【典题2 2】(2014(2014合肥模拟合肥模拟) )为了测量一个为了测量一个“12V12V5W”5W”的小的小灯泡在不同电压下的功率灯泡在不同电压下的功率, ,给定了以下器材：给定了以下器材：电源：电源：12V,12V,电阻不计电阻不计; ;电流表：电流表：0 00.6A,00.6A,03A,3A,内阻可忽略内阻可忽略; ;电压表：电压表：0 03V,03V,015V,15V,内阻很大内阻很大; ;滑动变阻器：阻值范围滑动变阻器：阻值范围0 020,20

18、,允许最大电流允许最大电流1A;1A;开关一个开关一个, ,导线若干。导线若干。实验时要求加在灯泡两端的电压可从实验时要求加在灯泡两端的电压可从0 0调到调到12V12V。(1)(1)将图甲中的实物图连接完整。将图甲中的实物图连接完整。(2)(2)某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示, ,某次测某次测量时量时, ,小灯泡电流强度大小为小灯泡电流强度大小为0.40A,0.40A,则此时加在它两端的电压则此时加在它两端的电压为为V,V,此时小灯泡的实际功率为此时小灯泡的实际功率为W W。【解题探究【解题探究】(1)(1)试画出本题实验的原理图。试画出本题实验的原理图。提示：提示：(2)(2)小灯泡的实际功率公式为小灯泡的实际功率公式