2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)來描繪小電珠的伏安特性曲線 并 分析曲線的變化規(guī)律 非線性 2 實(shí)驗(yàn)原理 金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度的升高而增大 從而使得一段金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化 對一只小電珠來說 不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻可以相差幾倍到幾十倍 它的伏安特性曲線并不是一條直線 即燈絲的電阻是 的 本實(shí)驗(yàn)通過描繪伏安特性曲線的方法來研究鎢絲小電珠在某一電壓變化范圍內(nèi) 其電阻的變化 從而了解它的導(dǎo)電特性 3 實(shí)驗(yàn)器材 小電珠 滑動變阻器 電源 開關(guān) 導(dǎo)線 坐標(biāo)紙 4 實(shí)驗(yàn)步驟 電流表 電壓表 1 按電路圖連接好電路 實(shí)驗(yàn)電路圖如圖S8 1所示 實(shí)物接線圖如圖S8 2所示 圖S8 1 圖S8 2 2 檢查無誤后 將滑片調(diào)節(jié)至最左端 閉合開關(guān) 讀出一 組U I值 記錄于表格 3 再調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到不同位置 讀出十組不同的 U I值 記錄于表格 4 斷開開關(guān) 整理好器材 5 在坐標(biāo)紙上以I為橫軸 以U為縱軸 并選取適當(dāng)?shù)膯?位 6 用描點(diǎn)法在坐標(biāo)紙上標(biāo)出各組U I值的對應(yīng)點(diǎn)位置 7 用平滑曲線將各點(diǎn)依次連接起來 8 分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律 記錄表格 對 描繪小電珠的伏安特性曲線 實(shí)驗(yàn) 應(yīng)明 確以下幾點(diǎn) 圖線應(yīng)為一條過原點(diǎn)的 但由于小電珠的燈絲在其兩端 直線 電壓由零增至額定電壓的過程中 燈絲溫度由室溫升高到近2000 燈絲電阻率有明顯 故小電珠的伏安特 性曲線應(yīng)為 增大 曲線 實(shí)驗(yàn)用的小電珠通常為 3 8V0 3A 的小電珠 其在白熾狀態(tài)下電阻很小 在室溫下電阻更小 為減小實(shí)驗(yàn)誤差 測 量電路應(yīng)采用電流表 外接法 分壓式 為使小電珠上的電壓能從零開始連續(xù)變化 滑動變阻器 應(yīng)采用 連接 考點(diǎn)1 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 A 電壓表B 電流表C 電流表 量程3V 內(nèi)阻約3k 量程150mA 內(nèi)阻約2 量程500mA 內(nèi)阻約0 6 D 滑動變阻器R1 0 20 E 滑動變阻器R2 0 100 F 電源E 電動勢4 0V 內(nèi)阻不計 G 開關(guān)S和導(dǎo)線若干H 待測燈泡L 額定功率0 75W 額定電壓未知 2 在實(shí)驗(yàn)過程中 該同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加 當(dāng)電壓達(dá)到1 23V時 發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗 當(dāng)達(dá)到2 70V時 發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮 便立即斷開開關(guān) 并將所測數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中 請你根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖S8 3中作出燈泡的U I圖線 圖S8 3 3 由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為 V 這一結(jié)果大于1 22V 其原因是 解析 因?yàn)闊襞輧啥说碾妷阂獜牧汩_始調(diào)節(jié) 故必須用分壓法 因?yàn)槭切‰娮?故用外接法 根據(jù)測量數(shù)據(jù)可知通過燈泡的電流達(dá)到310mA 因此選用 分壓法為調(diào)節(jié)方便選用小的滑動變阻器 先將測量數(shù)據(jù)描在U I坐標(biāo)系中 然后用平滑的曲線將各點(diǎn)連接 根據(jù)描得的圖線可知當(dāng)燈泡兩端的電壓為2 5V時 燈泡的額定電流為0 3A 此時燈泡的額定功率為0 75W 燈泡的電阻隨溫度的升高而增大 當(dāng)燈泡兩端的電壓增大時 燈泡的溫度也升高 故正常工作時的電阻大于常溫下的電阻 根據(jù)額定功率計算額定電壓時 得用正常工作時的電阻 不能用常溫下的電阻 答案 1 如圖D32甲所示 R1 2 如圖D32乙所示 3 2 5 2 4 2 6均正確 燈泡的冷態(tài) 電阻小于正常工作時的電阻 或燈泡電阻隨溫度的升高而變大 甲 乙 圖D32 方法技巧 在描點(diǎn)時 一是不要忘記 0 0 這個點(diǎn) 二是連線時用平滑的曲線連接 使盡量多的點(diǎn)落在曲線上 不在曲線上的點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè) 較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去 三是理解曲線斜率的意義 如果是U I圖象 則各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示電阻 如果是I U圖象 則各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù) 本實(shí)驗(yàn)可以從以下三個方面改進(jìn)和創(chuàng)新 1 描繪二極管 太陽能電池在沒有光照時的伏安特性曲 線 2 電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題 考向1 描繪二極管 太陽能電池在沒有光照時的伏安特 性曲線 典題2 LED發(fā)光二極管技術(shù)得到廣泛應(yīng)用 下表所示為某發(fā)光二極管的正向電壓U與正向電流I關(guān)系的數(shù)據(jù) 1 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 在圖S8 4中畫出電壓在2 50 3 00V范圍內(nèi)時二極管的I U圖線 圖S8 4 圖S8 5 2 分析二極管的I U圖線可知二極管的電阻隨U變大而 填 變大 變小 或 不變 在電壓2 50 3 00V范圍內(nèi)電阻最小約為 計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字 3 某同學(xué)用伏安法測電阻的電路描繪該二極管的伏安特性曲線 要求二極管的正向電壓從0開始變化 并使測量誤差盡量減小 圖S8 5是實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖 電壓表量程為3V 內(nèi)阻約為3k 電流表量程為5mA 內(nèi)阻約為10 圖中已連接了部分導(dǎo)線 請按實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)物圖中的連線補(bǔ)充完整 4 若此LED發(fā)光二極管的工作電流為2mA 則此發(fā)光二極管應(yīng)與一阻值R 的電阻串聯(lián)后才能與電動勢為3V 內(nèi)阻不計的電源相連 解析 1 先描點(diǎn) 然后用平滑的曲線連接 2 I U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù) 斜率變大 表示電阻變小 因此當(dāng)電壓U 3V時 電阻最小 大約為970 20 3 要描繪伏安特性曲線 需要將二極管兩端的電壓從零開始調(diào)節(jié) 故用滑動變阻器分壓的接法 因?yàn)槎O管電阻比較大 為減小測量誤差用電流表內(nèi)接法 4 根據(jù)伏安特性曲線可知 發(fā)光二極管的工作電流為2mA時 其兩端的電壓為2 97V 根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知電阻兩端的電壓為0 03V 電阻與二極管串聯(lián) 通過電阻的電流也為2mA 根據(jù)歐姆定律可得電阻R 15 答案 1 圖略 2 變小 970 950 990均正確 3 如圖D33所示 4 15圖D33 考向2 電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題 典題3 2017年新課標(biāo) 卷 某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性 所使用的器材有 小燈泡L 額定電壓3 8V 額定電流 0 32A 電壓表 量程0 3V 內(nèi)阻3k 電流表 量程 0 0 5A 內(nèi)阻0 5 固定電阻R0 阻值1000 滑動變阻器R 阻值0 9 0 電源E 電動勢5V 內(nèi)阻不計 開關(guān)S 導(dǎo)線若干 1 實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0 3 8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量 并畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖 2 實(shí)驗(yàn)測得該小燈泡的伏安特性曲線如圖S8 6甲所示 甲 乙 圖S8 6由實(shí)驗(yàn)曲線可知 隨著電流的增加小燈泡的電阻 填 增大 不變 或 減小 燈絲的電阻率 填 增大 不變 或 減小 3 用另一電源E0 電動勢4V 內(nèi)阻1 00 和題給器材連接成如圖乙所示的電路 調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值 可以改變小燈泡的實(shí)際功率 閉合開關(guān)S 在R的變化范圍內(nèi) 小燈泡的最小功率為 W 最大功率為 W 計算結(jié)果均保留2位小數(shù) 解析 1 要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0 3 8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量 故滑動變阻器用分壓式接法 小燈泡為小電阻 電流表用外接法 實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖S8 7所示 圖S8 7 2 由I U圖象可知 切線的斜率在減小 故燈泡的電阻隨 3 當(dāng)滑動變阻器的阻值為9 時 電路電流最小 燈泡實(shí)際功率最小 此時E U I r R 得U 10 I 4V 在圖中作出該直線如圖S8 8所示 交點(diǎn)坐標(biāo)約為U 1 75V I 線的斜率最大時 與燈泡的I U曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)最大 即燈泡消耗的功率最大 當(dāng)滑動變阻器電阻值R 0時 燈泡消耗的功率最大 此時交點(diǎn)坐標(biāo)為U 3 67V I 0 32A 如圖S8 9所示 最大的功率為P2 UI 1 17W 圖S8 9 圖S8 8答案 1 如圖S8 7所示 2 增大 增大 3 0 391 17 方法技巧 電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題 電源對電路中的小燈泡供電 顯然路端電壓與電路中電流滿足關(guān)系 流經(jīng)小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線 兩線的交點(diǎn)既符合閉合電路的歐姆定律 又滿足小燈泡的伏安特性曲線的特點(diǎn) 即為所求的電流與電壓值