2019版高考物理一轮复习 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线课件.ppt

实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线 1 实验目的 通过实验来描绘小电珠的伏安特性曲线 并 分析曲线的变化规律 非线性 2 实验原理 金属物质的电阻率随温度的升高而增大 从而使得一段金属导体的电阻随温度的变化而发生相应的变化 对一只小电珠来说 不正常发光和正常发光时灯丝的电阻可以相差几倍到几十倍 它的伏安特性曲线并不是一条直线 即灯丝的电阻是 的 本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝小电珠在某一电压变化范围内 其电阻的变化 从而了解它的导电特性 3 实验器材 小电珠 滑动变阻器 电源 开关 导线 坐标纸 4 实验步骤 电流表 电压表 1 按电路图连接好电路 实验电路图如图S8 1所示 实物接线图如图S8 2所示 图S8 1 图S8 2 2 检查无误后 将滑片调节至最左端 闭合开关 读出一 组U I值 记录于表格 3 再调节滑动变阻器的滑片到不同位置 读出十组不同的 U I值 记录于表格 4 断开开关 整理好器材 5 在坐标纸上以I为横轴 以U为纵轴 并选取适当的单 位 6 用描点法在坐标纸上标出各组U I值的对应点位置 7 用平滑曲线将各点依次连接起来 8 分析小电珠伏安特性曲线的变化规律 记录表格 对 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验 应明 确以下几点 图线应为一条过原点的 但由于小电珠的灯丝在其两端 直线 电压由零增至额定电压的过程中 灯丝温度由室温升高到近2000 灯丝电阻率有明显 故小电珠的伏安特 性曲线应为 增大 曲线 实验用的小电珠通常为 3 8V0 3A 的小电珠 其在白炽状态下电阻很小 在室温下电阻更小 为减小实验误差 测 量电路应采用电流表 外接法 分压式 为使小电珠上的电压能从零开始连续变化 滑动变阻器 应采用 连接 考点1 数据处理与误差分析 A 电压表B 电流表C 电流表 量程3V 内阻约3k 量程150mA 内阻约2 量程500mA 内阻约0 6 D 滑动变阻器R1 0 20 E 滑动变阻器R2 0 100 F 电源E 电动势4 0V 内阻不计 G 开关S和导线若干H 待测灯泡L 额定功率0 75W 额定电压未知 2 在实验过程中 该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加 当电压达到1 23V时 发现灯泡亮度很暗 当达到2 70V时 发现灯泡已过亮 便立即断开开关 并将所测数据记录在下面的表格中 请你根据表中实验数据在图S8 3中作出灯泡的U I图线 图S8 3 3 由图象得出该灯泡的额定电压应为 V 这一结果大于1 22V 其原因是 解析 因为灯泡两端的电压要从零开始调节 故必须用分压法 因为是小电阻 故用外接法 根据测量数据可知通过灯泡的电流达到310mA 因此选用 分压法为调节方便选用小的滑动变阻器 先将测量数据描在U I坐标系中 然后用平滑的曲线将各点连接 根据描得的图线可知当灯泡两端的电压为2 5V时 灯泡的额定电流为0 3A 此时灯泡的额定功率为0 75W 灯泡的电阻随温度的升高而增大 当灯泡两端的电压增大时 灯泡的温度也升高 故正常工作时的电阻大于常温下的电阻 根据额定功率计算额定电压时 得用正常工作时的电阻 不能用常温下的电阻 答案 1 如图D32甲所示 R1 2 如图D32乙所示 3 2 5 2 4 2 6均正确 灯泡的冷态 电阻小于正常工作时的电阻 或灯泡电阻随温度的升高而变大 甲 乙 图D32 方法技巧 在描点时 一是不要忘记 0 0 这个点 二是连线时用平滑的曲线连接 使尽量多的点落在曲线上 不在曲线上的点均匀分布在曲线的两侧 较远的点舍去 三是理解曲线斜率的意义 如果是U I图象 则各点与坐标原点连线的斜率表示电阻 如果是I U图象 则各点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数 本实验可以从以下三个方面改进和创新 1 描绘二极管 太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲 线 2 电源与小灯泡的伏安特性曲线结合问题 考向1 描绘二极管 太阳能电池在没有光照时的伏安特 性曲线 典题2 LED发光二极管技术得到广泛应用 下表所示为某发光二极管的正向电压U与正向电流I关系的数据 1 根据以上数据 在图S8 4中画出电压在2 50 3 00V范围内时二极管的I U图线 图S8 4 图S8 5 2 分析二极管的I U图线可知二极管的电阻随U变大而 填 变大 变小 或 不变 在电压2 50 3 00V范围内电阻最小约为 计算结果保留3位有效数字 3 某同学用伏安法测电阻的电路描绘该二极管的伏安特性曲线 要求二极管的正向电压从0开始变化 并使测量误差尽量减小 图S8 5是实验器材实物图 电压表量程为3V 内阻约为3k 电流表量程为5mA 内阻约为10 图中已连接了部分导线 请按实验要求将实物图中的连线补充完整 4 若此LED发光二极管的工作电流为2mA 则此发光二极管应与一阻值R 的电阻串联后才能与电动势为3V 内阻不计的电源相连 解析 1 先描点 然后用平滑的曲线连接 2 I U图象的斜率表示电阻的倒数 斜率变大 表示电阻变小 因此当电压U 3V时 电阻最小 大约为970 20 3 要描绘伏安特性曲线 需要将二极管两端的电压从零开始调节 故用滑动变阻器分压的接法 因为二极管电阻比较大 为减小测量误差用电流表内接法 4 根据伏安特性曲线可知 发光二极管的工作电流为2mA时 其两端的电压为2 97V 根据闭合电路的欧姆定律可知电阻两端的电压为0 03V 电阻与二极管串联 通过电阻的电流也为2mA 根据欧姆定律可得电阻R 15 答案 1 图略 2 变小 970 950 990均正确 3 如图D33所示 4 15图D33 考向2 电源与小灯泡的伏安特性曲线结合问题 典题3 2017年新课标 卷 某同学研究小灯泡的伏安特性 所使用的器材有 小灯泡L 额定电压3 8V 额定电流 0 32A 电压表 量程0 3V 内阻3k 电流表 量程 0 0 5A 内阻0 5 固定电阻R0 阻值1000 滑动变阻器R 阻值0 9 0 电源E 电动势5V 内阻不计 开关S 导线若干 1 实验要求能够实现在0 3 8V的范围内对小灯泡的电压进行测量 并画出实验电路原理图 2 实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图S8 6甲所示 甲 乙 图S8 6由实验曲线可知 随着电流的增加小灯泡的电阻 填 增大 不变 或 减小 灯丝的电阻率 填 增大 不变 或 减小 3 用另一电源E0 电动势4V 内阻1 00 和题给器材连接成如图乙所示的电路 调节滑动变阻器R的阻值 可以改变小灯泡的实际功率 闭合开关S 在R的变化范围内 小灯泡的最小功率为 W 最大功率为 W 计算结果均保留2位小数 解析 1 要求能够实现在0 3 8V的范围内对小灯泡的电压进行测量 故滑动变阻器用分压式接法 小灯泡为小电阻 电流表用外接法 实验电路原理图如图S8 7所示 图S8 7 2 由I U图象可知 切线的斜率在减小 故灯泡的电阻随 3 当滑动变阻器的阻值为9 时 电路电流最小 灯泡实际功率最小 此时E U I r R 得U 10 I 4V 在图中作出该直线如图S8 8所示 交点坐标约为U 1 75V I 线的斜率最大时 与灯泡的I U曲线的交点坐标最大 即灯泡消耗的功率最大 当滑动变阻器电阻值R 0时 灯泡消耗的功率最大 此时交点坐标为U 3 67V I 0 32A 如图S8 9所示 最大的功率为P2 UI 1 17W 图S8 9 图S8 8答案 1 如图S8 7所示 2 增大 增大 3 0 391 17 方法技巧 电源与小灯泡的伏安特性曲线结合问题 电源对电路中的小灯泡供电 显然路端电压与电路中电流满足关系 流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线 两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律 又满足小灯泡的伏安特性曲线的特点 即为所求的电流与电压值