(共8张PPT)
知识点 1 实验设计
5 实验:描绘I-U特性曲线
知识 清单破
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(I,U)值,在I
-U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,即得小灯泡的伏安特性曲线,
电路图如图所示。
1.实验器材
学生电源或电池组、小灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅
笔、坐标纸。
2.实验步骤
(1)根据小灯泡上所标的额定值,确定电流表、电压表的量程,根据原理图连接好实物。
(2)闭合开关S,调节滑动变阻器,使电压表、电流表有明显示数,记录电压U和电流I。
(3)用同样的方法测量并记录几组U和I。
(4)断开开关,整理好器材。
知识点 2 实验过程
3.数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系。
(2)在坐标系中描出各组数据所对应的点。
(3)将描出的点用平滑曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。
1.实验中滑动变阻器为什么采用分压式接法
2.实验中电流表为什么采用外接法 这种连接方式会产生怎样的系统误差
3.以I为纵轴、U为横轴描绘出的小灯泡的I-U特性曲线为什么不是直线 曲线会向哪个坐标
轴弯曲 这种现象说明什么
知识辨析
一语破的
1.该实验中电压要求从零开始连续变化,故滑动变阻器采用分压式接法。
2.由于小灯泡的电阻较小,故采用电流表外接法。测量时,未考虑电压表的分流,产生测得的I
值比真实值偏大的系统误差。
3.灯泡灯丝的电阻随温度的变化而变化,其I-U特性曲线不是一条直线。曲线向横轴弯曲,即
曲线上的点与原点的连线的斜率变小,电阻变大,说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增
大。
关键能力 定点破
定点 对I-U特性曲线的理解
1.I-U特性曲线:用纵坐标表示电流I,用横坐标表示电压U,这样画出的导体的I-U图像称为导
体的I-U特性曲线,加在导体两端的电压U是自变量,I是因变量。
2.特点:I-U特性曲线上某点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数,即k= = 。如图所示
某金属导体的I-U图线,斜率越大,表示电阻越小。
3.线性元件和非线性元件
(1)如图所示,导体的I-U特性曲线为过原点的直线,即电流与电压成正比关系,具有这种I-U特性的电学元件称为线性元件,如金属导体、电解液等。
(2)如图所示,I-U特性曲线是曲线,即电流与电压不成正比关系,具有这种特性的电学元件称
为非线性元件,如气态导体、半导体等。
4.非线性元件电阻的确定
如图所示,在非线性元件的I-U特性曲线上电阻等于点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒
数,即导体电阻Rn= ,而不等于该点切线斜率的倒数。
第二章 电路及其应用
5 实验:描绘I-U特性曲线
基础过关练
题组一 实验原理与操作
1.某实验小组要描绘一标有“10 Ω,0.5 A”小灯泡的I-U图线,实验桌上备有下列器材:
A.电压表(0~5 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(0~10 V,内阻约20 kΩ)
C.电流表(0~0.3 A,内阻约1 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻约0.4 Ω)
E.滑动变阻器(5 Ω,2.0 A)
F.滑动变阻器(500 Ω,0.2 A)
为尽量减小实验误差,要求电压从零开始且测出多组U、I数据,则实验时电压表应选用 ,电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(均用器材前的字母表示)
2.某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,电路连接如图1所示。
(1)电路图未连接完,请帮他连接好电路图;
(2)在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应放在最 (选填“左”或“右”)端;
(3)闭合开关,开始测量,实验过程中下列两个操作中较好的是 ;
A.移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,再移动,再读取
B.移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,立即断开开关,移动滑动变阻器的滑片,再闭合开关,再读取,再立即断开开关
(4)如图2所示,电流表的读数为 A。
题组二 数据处理与分析
3.某同学想通过测绘小灯泡完整的伏安特性曲线来研究小灯泡的特性。所用器材如下:
待测小灯泡一只(额定电压为3.8 V,额定电流为0.32 A);电压表一个(量程0~2 V, 内阻为2 kΩ);电流表一个(量程0~0.4 A, 内阻约为3 Ω);定值电阻R1(阻值为1 kΩ);定值电阻R2(阻值为2 kΩ);滑动变阻器(阻值0~10 Ω);电源(电压为5.0 V);开关一个, 导线若干。
(1)为测量小灯泡两端的电压,需要将电压表与定值电阻 (填“R1”或“R2”) (填“串”或“并”)联。
(2)根据实验目的和提供的器材,将图甲的电路图补充完整。
(3)实验描绘出的小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,由图乙可知,随着小灯泡两端电压增大,灯丝的电阻 (填“增大”“不变”或“减小”)。
4.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象,用实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有:
A.小灯泡(2.5 V,1.2 W)
B.电流表(量程0~0.6 A,内阻r=1 Ω)
C.电压表(量程0~3 V,内阻未知)
D.滑动变阻器R2(0~5 Ω,允许通过的最大电流为1 A)
E.电源(电压3 V)
F.定值电阻R0(阻值6 Ω)
G.开关一个和导线若干
(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化,且能尽量减小系统误差,在虚线框内画出完整的实验电路图。
(2)按照正确的电路图,该同学测得实验数据如下表,其中I是电流表的示数,U是电压表的示数,U灯是小灯泡两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格,然后在图中画出小灯泡的伏安特性曲线。
I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48
U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00
U灯/V
题组三 实验拓展创新
5.LED灯的核心部件是发光二极管,某同学欲测量一只工作电压为2.9 V的发光二极管的正向伏安特性曲线,所用器材有:电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ),电流表(用多用电表的直流25 mA挡替代,内阻约为5 Ω),滑动变阻器(0~20 Ω),电池组,开关和导线若干。他设计的电路如图(a)所示。回答下列问题:
(1)根据图(a),在实物图(b)上完成连线;
(2)调节滑动变阻器的滑片至最 端(选填“左”或“右”),将多用电表选择开关拨至直流25 mA挡,闭合开关;
(3)某次测量中,多用电表示数如图(c),则通过二极管的电流为 mA;
(4)该同学得到的正向伏安特性曲线如图(d)所示。由曲线可知,随着两端电压的增加,二极管的正向电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”);当两端电压为2.9 V时,正向电阻为 kΩ(结果保留两位有效数字);
答案与分层梯度式解析
第二章 电路及其应用
5 实验:描绘I-U特性曲线
基础过关练
1.答案 A D E
解析 由题意可知,小灯泡的额定电流为0.5 A,正常发光时的电阻为10 Ω,则它两端的电压U=IR=0.5×10 V=5 V,故电流表应选择D,电压表应选择A;实验要求电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,为方便实验操作,滑动变阻器应选择E。
2.答案 (1)图见解析
(2)左 (3)B (4)0.50
解析 (1)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法。
(2)闭合开关前,滑动变阻器与小灯泡并联部分的电阻应该为零,故滑动变阻器的滑片应该在最左端。
(3)为了减小温度对灯泡电阻的影响,移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,立即断开开关,移动滑动变阻器的滑片,再闭合开关,再读取,再立即断开开关,故选B。
(4)电流表选用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,所以读数为0.50 A。
3.答案 (1) R2 串 (2)图见解析 (3)增大
解析 (1)小灯泡的额定电压为3.8 V,则电压表需要与定值电阻R2串联,串联后电压表量程为0~4 V。
(2)待测灯泡电阻Rx≈ Ω=11.9 Ω,由于RV>Rx,因此选择电流表外接法,电路图如图所示。
(3)在I-U图像中,图线上的点与坐标原点连线的斜率为电阻的倒数,由题图乙可知,随着小灯泡两端电压增大,灯丝的电阻增大。
4.答案 见解析
解析 (1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法;本题电流表的内阻已知为1 Ω,其两端电压可算出,为了尽量减小系统误差,故电流表采用内接法。实验电路如图甲所示。
(2)小灯泡两端的电压等于电压表的读数减去电流表两端的电压。由于电流表内阻为1 Ω,故电流表两端的电压与电流表的读数在数值上相等。
I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48
U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00
U灯/V 0.03 0.05 0.10 0.20 0.35 0.60 0.95 1.45 2.05 2.52
小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。
5.答案 (1)图见解析 (2)左 (3)16.0(15.8~16.2均可) (4)减小 0.15(0.14~0.16均可)
解析 (1)根据多用电表红黑表笔的接法“红进黑出”可知,黑表笔接二极管正极,红表笔接滑动变阻器上接线柱,滑动变阻器采用分压式接法,则连线如图所示:
(2)为保护电路,开关闭合前需将滑动变阻器的滑片置于最左端;
(3)多用电表所选量程为0~25 mA,由题图(c)可知,则通过二极管的电流为16.0 mA;
(4)I-U图像中,图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数,由题图(d)可知,随着电压的增加,图线上的点与原点连线的斜率逐渐增大,则二极管的电阻逐渐减小;当二极管两端电压为2.9 V时,通过二极管的电流为19.5 mA,则电阻大小为R=≈0.15 kΩ。
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