,第八章,主干知识回顾,-,*,-,名师考点精讲,课堂限时检测,第,4,讲,实验八,:,描绘小灯泡的伏安特性曲线,第八章,主干知识回顾,-,*,-,名师考点精讲,课堂限时检测,第,4,讲,实验八,:,描绘小灯泡的伏安特性曲线,第,4,讲,实验八,:,描绘小灯泡的伏安特性曲线,一、实验目的,1.,描绘小灯泡的伏安特性曲线。,2.,分析伏安特性曲线的变化规律。,二、实验原理,1.,用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组,(U,I),值,在,U-I,坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来。,2.,由于小灯泡的电阻很小,为减小实验误差,采用电流表外接法,;,滑动变阻器采用分压式,:,使电压能从零开始连续变化。,三、实验器材,小灯泡,(3.8 V,0.3 A),或,(2.5 V,0.6 A),一个、电压表,(03 V15 V),与电流表,(00.6 A3 A),各一个、滑动变阻器,(,最大阻值,20),一个、学生低压直流电源,(,或电池组,),一个、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。,四、实验步骤,1.,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,按如图所示的原理图连接好实验电路。,2.,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,闭合开关,S,。,3.,移动滑动变阻器滑片位置,测出,12,组左右不同的电压值,U,和电流值,I,并将测量数据填入表格中,断开开关,S,。,4.,拆除电路,整理仪器。,五、数据处理,1.,在坐标纸上以,U,为横轴,以,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。,3.,将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。,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、作图带来的误差。,七、注意事项,1.,闭合开关,S,前,滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为,0,的一端,从而使开关闭合时小灯泡电压能从,0,开始变化,同时,也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏。,2.I-U,图线在,U=1.0 V,左右将发生明显弯曲,故在,U=1.0 V,左右要多测几组数据,以防出现很大误差。,3.,误差较大的点要舍去,I-U,图线应是平滑曲线而非折线。,4.,建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取的标度要合理,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。,八、实验创新,描绘小灯泡伏安特性曲线的实验,涉及电压、电流的测量以及分压电路和部分电路与闭合电路等知识,往往涉及的变化有以下几点,:,1.,电流表和电压表改成用电流传感器和电压传感器,用数据采集器跟电脑相连,在电脑上直接生成小灯泡的伏安特性曲线。,2.,也可以与电流表和电压表的改装结合在一起考查。,3.,与电源的路端电压随电流变化的图象结合在一起考查。,4.,根据描绘小灯泡伏安特性的思想和方法迁移到研究其他电学元件的电学特性。,考点二,考点一,考点,三,实验原理与实验操作,典例,1,(2016,重庆南开中学期中检测,)2010,年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈,海姆和康斯坦丁,诺沃肖洛夫,以表彰他们对石墨烯的研究,他们最初是用透明胶带从石墨晶体上,“,粘,”,出一片石墨烯的。我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨,能导电。某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验,得到如下数据,(I,和,U,分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压,):,考点二,考点一,考点,三,实验室提供如下器材,:,A.,电流表,A,1,(,量程,0.6 A,内阻约为,1.0),B.,电流表,A,2,(,量程,3 A,内阻约为,0.1),C.,电压表,V,1,(,量程,3 V,内阻,3,k,),D.,电压表,V,2,(,量程,15 V,内阻,15,k,),E.,滑动变阻器,R,1,(,阻值,010,额定电流,2 A),F.,滑动变阻器,R,2,(,阻值,02,k,额定电流,0.5 A),G.,稳压直流电源,E(6 V),开关和带夹子的导线若干以及长约,14 cm,的绘图,2B,铅笔芯,考点二,考点一,考点,三,(1),为了完成实验电流表应该选择,电压表应该选择,滑动变阻器应该选择,(,填元件前字母,),。,(2),下列选项中的实验电路图合理的是,。,考点二,考点一,考点,三,【解题思路】,(1),根据测量的数据可知,测得的电路中的最大电流为,0.48 A,故电流表选用,A,测得的电压最大值为,2 V,故电压表选,C,因为电压要从零开始调节,故滑动变阻器选用分压法,用小的滑动变阻器就可方便调节,因此滑动变阻器选,E,。,(2),因为铅笔芯的电阻较小,为减小测量误差,用电流表外接法,故电路图选,B,。,【参考答案】,(1)A,C,E,(2)B,【名师点睛】,根据电路要求和电路计算,选择出电源、滑动变阻器、电流表、电压表以及合理的量程。待测电阻的额定电流、额定电压,(,估算值,),是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据。,考点二,考点一,考点,三,(2015,广东东莞东华中学模拟,),为研究小灯泡的伏安曲线的特性,选用小灯泡额定值为,“3.0 V,1.2 W”,实验仪器有,:,安培表、伏特表、开关、滑动变阻器、坐标纸、导线。,(1),为使小灯泡两端的电压从零开始,能在较大的范围调节,滑动变阻器应采用怎样连接,?,画出相关的电路图。,答案,:,分压接法,如图所示,考点二,考点一,考点,三,(2),请根据你画的电路图,把图中的实验器材连成符合要求的实验电路。,考点二,考点一,考点,三,答案,:,如图所示,考点二,考点一,考点,三,(3),为使读数误差尽可能小,电压表的量程应选用,3 V,挡,电流表的量程应选用,0.6 A,挡,为保证实验安全,测量范围不能超过,3 V,和,0.4 A,开始做实验闭合,S,前,应把,P,移到,D,端。,【解析】,(1),电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,小灯泡电阻远小于电压表内阻,所以电流表应采用外接法,实验原理图如答案中图所示。,(2),根据电路图,把图中的实验器材连成符合要求的实验电路。,(3),选用小灯泡额定值为,“3.0 V,1.2 W”,额定电压,U=3 V,所以电压表的量程应选用,3 V,挡,额定电流,I=0.4 A,所以电流表的量程应选用,0.6 A,挡,为保证实验安全,测量范围不能超过,3 V,和,0.4 A,开始做实验闭合,S,前,为保护电路应把,P,移到,D,端。,考点二,考点一,考点,三,数据处理与误差分析,典例,2,物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其额定功率为,0.75 W,额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为,2,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压,=1.22 V,。他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的,U-I,图线,进而分析灯泡的额定电压。,A.,电压表,V(,量程,3 V,内阻约,3,k,),B.,电流表,A,1,(,量程,150,mA,内阻约,2),C.,电流表,A,2,(,量程,500,mA,内阻约,0.6),D.,滑动变阻器,R,1,(020),E.,滑动变阻器,R,2,(0100),F.,电源,E(,电动势,4.0 V,内阻不计,),G.,开关,S,和导线若干,H.,待测灯泡,L(,额定功率,0.75 W,额定电压未知,),考点二,考点一,考点,三,数据处理与误差分析,典例,2,物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其额定功率为,0.75 W,额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为,2,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压,=1.22 V,。他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的,U-I,图线,进而分析灯泡的额定电压。,A.,电压表,V(,量程,3 V,内阻约,3,k,),B.,电流表,A,1,(,量程,150,mA,内阻约,2),C.,电流表,A,2,(,量程,500,mA,内阻约,0.6),D.,滑动变阻器,R,1,(020),E.,滑动变阻器,R,2,(0100),F.,电源,E(,电动势,4.0 V,内阻不计,),G.,开关,S,和导线若干,H.,待测灯泡,L(,额定功率,0.75 W,额定电压未知,),考点二,考点一,考点,三,(1),画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表应选,(,填,“A,1,”,或,“A,2,”);,滑动变阻器应选,(,填,“R,1,”,或,“R,2,”),。,(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,1.23 V,时,发现灯泡亮度很暗,当达到,2.70 V,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边表格中。,请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的,U-I,图线。,考点二,考点一,考点,三,(3),由图象得出该灯泡的额定电压应为,V;,这一结果大于,1.22 V,其原因是,。,【解题思路】,(1),因为灯泡两端的电压要从零开始调节,故滑动变阻器必须采用分压法,因为灯泡电阻较小,故用电流表外接法,根据测量数据可知灯泡两端的电流达到,310,mA,因此电流表选用,A,2,分压法为调节方便选用最大阻值小的滑动变阻器,因此选用,R,1,。,(2),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。,(3),根据描得的图线可知当灯泡两端的电压为,2.5 V,时,灯泡的额定电流为,0.3 A,此时灯泡的额定功率为,0.75 W;,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,灯丝的温度也升高,故灯泡正常工作时的电阻大于常温下的电阻。,考点二,考点一,考点,三,【参考答案】,(1),电路原理图如图甲所示,A,2,R,1,(2),如图乙所示,(3)2.5(2.42.6,均可,),灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻,(,或灯泡电阻随温度升高而变大,),【名师点睛】,在描点时,一是不要忘了,(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,不在线上的点均匀分布在线的两侧,较远的点舍去,三是理解曲线斜率的意义,如果是,U-I,图线斜率表示电阻,如果是,I-U,图线斜率表示电阻的倒数。,考点二,考点一,考点,三,(2015,浙江宁波镇海中学模拟,)LED,发光二极管,(,如图甲,),技术得到广泛应用,下表为某发光二极管的正向电压,U,与正向电流,I,关系的数据。,考点二,考点一,考点,三,(1),根据以上数据,在图乙中画出电压在,2.50 V3.00 V,范围内二极管的,I-U,图线,;,答案,:,如图所示,考点二,考点一,考点,三,(2),分析二极管的,I-U,图线可知二极管的电阻随,U,变大而,变小,(,填,“,变大,”“,变小,”,或,“,不变,”),在电压,2.50 V3.00 V,范围内电阻最小约为,970(20),(,保留三位有效数字,);,(3),某同学用伏安法测电阻的电路验证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。图丙是实验器材实物图,电压表量程为,3 V,内阻约为,3,k,电流表量程为,5,mA,内阻约为,10,。图丙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。,答案,:,如图所示,考点二,考点一,考点,三,【解析】,(1),先描点,然后将描出的点用平滑的曲线连接,;(2)I-U,图象的斜率表示电阻的倒数,随,U,变大,斜率变大,表示电阻变小,因此当电压,U=3 V,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