高三物理描绘小灯泡的伏安特性曲线省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

高三试验复习：

描绘小灯泡伏安特征曲线

1/54一、试验目标及教学目标1、描绘小灯泡伏安特征曲线；2、分析曲线改变规律并得出结论；3、能依据题目给出试验数据，正确描出试验曲线，并由此计算相关物理量；能正确选择适仪表和器材，选择适量程和进行正确实物连路，4、能处理相关拓展性试验课题；能够依据伏安特征曲线求出功率或导体电阻大小。二、试验原理在纯电阻电路中，电阻两端电压与经过电阻电流是线性关系，但在实际电路中，因为各种原因影响，U—I图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出U—I曲线。2/54三、试验器材小灯泡、4V～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。四、试验步骤1、适当选择电流表，电压表量程，采取电流表外接法，按图中所表示原理电路图连接好试验电路图。2、滑动变阻器采取分压接法，把滑动变阻器滑动片调至滑动变阻器A端,电路经检验无误后，闭合电键S。3、改变滑动变阻器滑动片位置，读出几组对应电流表、电压表示数I和U,记入统计表格内,断开电键S；4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特征曲线。5、拆去试验线路，整理好试验器材。3/54五、注意事项1、因本试验要作出I—U图线，要求测出一组包含零在内电压、电流值，所以，变阻器要采取分压接法；2、本试验中，因被测小灯泡电阻较小，所以试验电路必须采取电流表外接法；3、电键闭合后，调整变阻器滑片位置，使小灯泡电压逐步增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调整滑片时应注意使电压表示数不要超出小灯泡额定电压；4、电键闭合前变阻器滑片移到图中A端；5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取分度例应该适当，尽可能使测量数据画出图线占满坐标纸。连线一定用平滑曲线，不能画成折线。4/54六、误差分析1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表分流，造成测得I值比真实值偏大；2、描绘I—U线时作图不准确造成偶然误差。七、试验电路图5/54例1、如图所表示中图1为某一热敏电阻（电阻值随温度改变而改变，且对温度很敏感）I—U关系曲线图．（1）为了经过测量得到图1所表示I—U关系完整曲线，在图2、图3两个电路中应选择是图

；简明说明理由：

．（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器阻值为0－100Ω）（2）在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω．由热敏电阻I—U关系曲线可知，热敏电阻两端电压为

V；电阻R2阻值为

Ω．⑶举出一个能够应用热敏电阻例子：______________________________________6/547/54

解：⑴2；理由：从I—U图象看，电流与电压均从零值开始，图2中电压能够从0调到所需电压，调整范围较大（或图3中不能测量0值附近数据）.⑵5.2；111.8（111.6～112.0均可为正确）。分析与计算：R1支路电流为I1=U/R1=36mA,R2支路电流为34mA，在I—U曲线上，34mA对应电压大约为5.2V；热敏电阻Rt=5.2/0.034=152.9

,Rt+R2=9/0.034=264.7

，所以R2≈111.8.

⑶热敏温度计（提出其它实例，只要合理就给分）8/54例2、为了测定和描绘“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯灯丝伏安特征曲线，能够利用调压变压器供电。调压变压器是一个自耦变压器，它只有一组线圈Ｌ，绕在闭合环形铁心上，输入端接在２２０Ｖ交流电源火线与零线间，输出端有一个滑动触头Ｐ，移动它位置，就能够使输出电压在０~250Ｖ之间连续改变，左图画出是调压变压器电路图符号。试验室内备有交流电压表．交流电流表．滑动变阻器．开关．导线等试验器材。（1）在左图中完成试验电路图。（2）说明按你试验电路图进行测量，假如电表内阻影响不能忽略，在电压较高段与电压较低段相比较，哪段误差更大？为何？（3）假如依据测量结果作出伏安特征曲线如右图所表示，试依据图线确定，把两个完全相同“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯串联在220Ｖ交流电源火线与零线间，这两只电灯消耗总电功率是多大？9/54解：⑴如图所表示。开关应安在火线一边，不然应适当扣分。火线与公共端相连可不扣分。电流表外接与内接都能够。（本题电源输出电压可调，所以用不着滑动变阻器）10/54⑵假如采取电流表外接，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越大，因为电压表分流而造成误差越大；假如采取电流表内接，电压较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，因为电流表分压造成误差越大。

（3）两个相同电灯串联在电路中，每个灯两端电压都是110V，在图像上找到电压为110V时电流值是0.22A，每一个灯消耗功率约为24W，两灯消耗总功率为48W。所以答案为48W±1W。11/54

例3、小灯泡灯丝电阻会随温度升高而变大.某同学为研究这一现象，用试验得到以下数据（I和U分别表示小灯泡上电流和电压）：I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00（1）在左下框中画出试验电路图.可用器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（改变范围0—10Ω电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中画出小煤泡U—I曲线.（3）假如某一电池电动势是1.5V,内阻是2.0Ω.问:将本题中灯泡接在该电池两端,小灯泡实际功率是多少?（简明写出求解过程;若需作图,可直接画在第（2）小题方格图中）12/54解：（1）见下列图;（2）见下列图（3）作出U=E—Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，所以小灯泡实际功率为0.28瓦13/54

例3U–I图线及U=E–Ir图线14/54例4、使用如图1所表示器材测定小灯泡在不一样电压下电功率，而且作出小灯泡电功率与它两端电压平方关系曲线．已知小灯泡上标有“6V，3W”字样，电源是3个铅蓄电池串联组成电池组,滑动变阻器规格是“5

2A”.要求：⑴把图1中实物连成试验电路；

⑵图24个图象中哪个可能是正确？简单说明理由．15/54解：变阻器通惯用来控制电路中电流或电压，能够有限流与分压两种接法，依据题意，灯泡电阻约为R=62/3

=12

，若采取限流，即使变阻器阻值用到最大，灯泡电压最小值可达4V左右，其电压调整，范围约在4V－6V间，显然不宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线．而采取分压接法则灯泡两端电压改变范围为0V－6V间，便于选取数据作对应图线，至于电压表与电流表采取内接、外接，题目未给表内阻，但试验学生用表在电阻为10

左右时，内、外接表误差差异不大，本题不作要求，连线时应注意量程选择与表“＋”、“一”接线柱接法，接线如图3．16/54

图2中所绘图线，由横、纵坐标可知为P—U2图线，小灯泡在点亮时灯丝温度可高达上千摄氏度．随电压升高，灯丝温度升高，对应电阻率增大，电阻增大，与对应电阻不变时功率相比要降低，或者说由P=U2/R可知，该图线斜率为1/R，随P增大，R增大，斜率减小，所以D图可能正确，而B图对应斜率不变、即R不变情况，与本题实际不符。17/54例4实物连线图18/54例5、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管特征，用如图所表示电路测定该元件伏安特征曲线。试验发觉当电源反接时，电路中无电流，当正向电压较小时也无电流，统计部分数据以下表。U/V1.41.5

1.71.92.02.12.22.32.42.5I/mA002.04.012.022.032.042.052.060.019/54(1)请依据以上试验数据用描点法在所给坐标纸上作出这个二极管U—I图线；(2)若加在该二极管两端正向电压到达1.9V后才能正常工作，则从图线能够看出这种二极管正常工作前后导电情况有何区分？(3)若电源电动势为6V，内阻不计。当电流表示数为12.0mA时,滑动变阻器接入电路电阻为________Ω。20/54解：（1）U—I图象如图所表示；（2）正常工作前导电性能差（或电阻大），正常工作后导电性能好（或电阻小）；⑶103/3。21/54例6、如图1电路中R1=R2=100Ω，是阻值不随温度而变定值电阻．白炽灯泡L伏安特征曲线如图2所表示．电源电动势E=100V,内阻不计,求:⑴当电键K断开时灯泡两端电压和经过灯泡电流以及灯泡实际电功率．⑵当电键闭合时，灯泡两端电压和经过灯泡电流以及灯泡实际电功率．22/54

解：（1）0.60A24W[K断开时，灯泡跟R1串联，电流相等，而且灯泡与R1电压之和等于100V。结合灯泡伏安特征曲线，灯泡电压为40V时，其电流大约是0..6A，R1分压60V，且为定值电阻，所以电流也为0.6A。]（2）0.46A12.4W[K闭合后，灯泡与R2并联，分压一定小于40V；当UL=30V时,IL=0.50A,经过R1电流为0.80A，R1分压80V，则总电压等于110V;当UL=25V时,IL大约0.45A,则总电流为0.70A,总电压为95V＜100V;所以,取UL=27V,则IL大约0.46A,则总电流I=0.46+0.27=0.73A,R1分压73V,总电压恰好100V。灯泡消耗电功率PL=ULIL=0.46×27W=12.4W23/54

八、课后练习1、某同学在做测定小灯泡功率试验中得到以下一组U和I数据：求：⑴在图上画出I—U图线。⑵从图线上能够看出，当功率逐步增大时，灯丝电阻改变情况是

；这表明导体电阻随温度升高而

。编号12345678U/V0.20

0.601.001.40

1.80

2.20

2.603.00

I/A0.0200.0600.1000.140

0.170

0.190

0.200

0.205发光情况不亮微亮逐步变亮正常发光24/54⑴在图上画出I—U图线。⑵从图线上能够看出，当功率逐步增大时，灯丝电阻改变情况是

；这表明导体电阻随温度升高而

。解：⑴I—U图线如图2所表示。⑵先不变，后逐步增大；增大。25/542、．两盏额定电压均为220Ｖ白炽灯A、B伏安特征曲线如图所表示，试求：（１）两盏灯正常发光时电阻；（２）将它们并联后接在110V电源上时经过两灯电流；（３）将它们串联后接在220V电源上时两灯实际功率分别是多少？26/54

解：⑴U=220V时，IA=0.27A，∴RA=815

;IB=0.18A，∴RB=1222

。⑵图象横坐标为110V，对应纵坐值IA=0.215A；IB=0.125A⑶串联后电压之和为220V，利用电流强度相等，寻找在相同纵坐标情况下，两电压之和为220V时两曲线横坐标值。当I=0.15A时，UA=70V，UB=145V；取I=0.152A时，UA=72V,UB=148V。∴PA=11W；PB=22.5W。27/543．一个小灯泡额定电压为6.3V，额定电流约为0.3A，用以下所给试验器材描绘出小灯泡伏安特征曲线，试验电路图所表示。电源E1：电动势为8.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为0—10V，内阻约为10kΩ电流表A1：量程为0—3A，内阻约为0.1Ω;电流表A2：量程为0—300mA，内阻约为1Ω；滑动变阻器R：最大阻值10Ω，额定电流1.0A；28/54

开关S，导线若干。⑴依照试验电路图将图中实物图连接成试验电路。⑵试验中电源应该选取

；电流表应该选取

。⑶试验测出数据以下表所表示，依照这些数据在图所表示坐标纸中描绘出该小灯泡伏安特征曲线。29/54U/V00.50.81.01.21.52.0I/A00.050.080.100.120.140.16U/V2.53.04.05.06.06.3I/A0.180.200.230.250.270.27解：⑴试验原理和实和连线如图所表示。⑵E1、A2⑶I—U曲线如图所表示。30/544、普通情况下,金属导体电阻会伴随温度改变而改变.某同学为研究一小灯泡灯丝电阻与温度关系,设计并完成了相关试验。试验中用到了以下器材：待测小灯泡、15v直流稳压电源、滑动变阻器（最大阻值为30Ω、最大允许电流为1.0A）电压表（量程0-15V,内阻约15kΩ）、电流表（量程0-0.6A,内阻约0.13Ω）、开关一只及导线若干,试验中调整滑动变阻器,小灯泡两端电压可从0V至额定电压范围内改变,从而测出小灯泡在不一样电压下电流，得到了下表中试验数据：U/V00.751.381.802.303.24.3I/A00.040.070.090.120.150.18U/V5.06.17.28.310.312.0I/A0.190.210.220.230.250.2631/54⑴请在右边框内画出为完成上述试验而设计合理电路图。⑵经过所测数据可知，小灯泡电阻随其两端所加电压升高而_____（选填“增大”、“保持不变”或“减小”）。从而得到了灯丝电阻随温度改变规律。⑶该小灯泡正常工作时电阻值约为______Ω。（保留2位有效数字）（答案：⑴图略⑵增大⑶46）32/545、某同学选取一只标有“3.8V0.3A”小灯泡，用电流表和电压表测量它在不一样电压下电流，从而计算出它在不一样电压下实际电阻值。依据试验数据画出I-U图象如右.⑴从图象看出,电压越高，对应实际电阻值越_____，这说明灯丝材料电阻率随温度升高而________。⑵若试验室提供器材是：电动势为6V，内阻很小铅蓄电池；量程0-0.6-3A直流电流表；量程0-3-15V直流电压表；最大阻值10Ω滑动变阻器；一只电键和若干导线。⑴请画出正确试验电路图；⑵并标出开始试验时所用电表量程和滑动变阻器滑动触头位置。33/54解：⑴曲线上每一点和原点连线斜率倒数表示该时刻对应灯丝电阻。由图象可知伴随电压升高灯丝电阻增大。这说明灯丝材料电阻率随温度升高而增大。⑵正常工作时灯丝电阻才十几个欧姆，电压低时电阻更小，所以应作为小电阻处理，测量部分应该用外接法。灯丝两端电压要求从零开始逐步增大，所以供电部分必须采取分压电路。开始时电流表量程应选取0.6A，电压表量程应选取3V（快要超出3V时再改用15V量程），滑动变阻器滑动触头位置应使灯丝两端分到电压为零。电路略。34/546．(15分)热敏电阻是传感电路中惯用电子元件.现用伏安法研究热敏电阻在不一样温度下伏安特征曲线，要求特征曲线尽可能完整.已知常温下待测热敏电阻阻值约4～5Ω.热敏电阻和温度计插入带塞保温杯中,杯内有一定量冷水,其它备用仪表和器含有:盛有热水热水杯（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5kΩ）、滑动变阻器（0~20Ω）、开关、导线若干。⑴在图1中方框中画出试验电路图，要求测量误差尽可能小。⑵依据电路图,在图2中实物之间连线。⑶简明写出完成接线后主要试验步骤。35/54解：（1）如图3(2)如图4所表示。(3):①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计值；②调整滑动变阻器,快速测出电流表和电压表值；③重复①～②，测量不一样温度下数据；④绘出各测量温度下热敏电阻伏安特征曲线。36/54例6原理电路图及实物连线图37/54

7、为了研究“3.8V,0.3A”小灯泡电阻随电流改变规律，某同学测量小灯泡两端电压和经过小灯泡电流关系.试验室能够提供器材以下：①直流电源E（电动势约4V，内阻可不计）；②电流表A（量程为0—0.6A，内阻约0.5Ω）；③电压表V（量程为0—5V，内阻约20kΩ）；④滑动变阻器R1（阻值0—10Ω，额定电流2A）；⑤滑动变阻器R2（阻值0—200Ω，额定电流1.5A）⑥电键S及导线若干。试验测得数据统计在下表中：U/V00.301.001.702.403.103.80I/A00.0740.2100.2100.2500.2840.30038/54（1）请在坐标纸上画出小灯泡U—I图线。（2）应选择滑动变阻器为（填写仪器符号）：

。（3）依据以上条件在虚线框中画出符合要求试验电路图，并在图中标出器材符号。（4）试求：电压为1.50V和2.80V时小灯泡电阻值并说明它们大小不一样原因。（结果保留2位有效数字。）39/5440/5441/54解答：（1）如图a：（坐标选取适当；描点正确；将各点连成光滑曲线） （2）R1 （3）如图b：（分压电路；电流表外接） （4）由图可知：U1=1.50V时，I1=0.200A；

U2=2.80V时，I2=0.275A，得：RL1=U1/I1=7.5.RL2=U2/I2=10

因为小灯泡两端电压升高时，灯丝温度升高，造成灯丝电阻变大。所以有：RL2＞RL1

42/548．在当代电子线路中，各种电子元件在电路中起着各种不一样作用，如二极管能起单向导电作用．现有A、B两种电子元件电压——电流关系如图(a)、(b)所表示，问：(1)经过对图(a)、(b)伏安特征曲线分析，能推测出这两种电子元件在电路中所起到作用各是什么?43/54

(2)某水质分析仪器上小灯，要求在电源输出电压发生较大改变时，经过小灯电流能基本保持不变，请在方框中用指定符号画出满足要求电路图．

解答:(1）电子元件A在电路中能起到恒流作用（即在电压有较大改变时，经过电路电流几乎保持不变）；电子元件B在电路中能起到恒压作用（即在电流有较大改变时，元件B两端电压几乎保持不变）。说明：答元件B能起开关、放大作用也视为正确。（2）以下三种电路均可。44/54第8题供参考三个电路图45/549．发光二极管是当前很多电器指示灯用电子元件,在电路中符号是

,只有电流从标有“+”号一端输入，从标有“－”号一端流出时,它才可能发光，这时可将它视为一个纯电阻.某厂家提供某种型号发光二极管伏安特征曲线如图所表示。⑴若该型号发光二极管正常工作电压为2.0V，现用电动势为12V，内阻能够忽略不计直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间_____（填“串联”或“并联”）一只阻值为_____Ω定值电阻．46/54⑵已知该型号发光二极管允许经过最大电流为56mA，试验证这种元件伏安特征曲线与厂家提供数据是否一致．如图所表示，可选取器材有：A．直流电源，电动势4.5V，内阻可忽略不计；B．0-50Ω滑动变阻器一只；C．量程15V，内阻约50kΩ电压表一只；D．量程5V，内阻约20kΩ电压表一只；E．量程3mA，内阻约10Ω电流表一只；F．量程100mA，内阻约50Ω电流表一只；G．待测发光二极管一只；H．导线、电键等．为准确、方便地进行检测，

47/54电压表应该选取_____