2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第3章 实验2　描绘小灯泡的伏安特性曲线

(共36张PPT)
实验2　描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线，分析曲线的变化规律．
2．实验原理
(1)金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大，因此小灯泡的伏安特性曲线不是一条直线．测出若干组小灯泡两端的电压U和电流I值，然后在坐标纸上以I为纵轴、U为横轴画出I－U曲线．
(2)实验电路如下图所示，小灯泡的电阻很小，故电流表采用外接；应使电压能从0开始连续变化，故滑动变阻器采用分压接法．
3．实验器材
小灯泡，4 V～6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸．
4．实验步骤
(1)连接电路：将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如右图所示电路．
(2)测出小电珠在不同电压下的电流．
移动滑动变阻器触头位置，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.
U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6
I/A
U/V 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8
I/A
(3)画出伏安特性曲线．
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；(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)
③将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小电珠的伏安特性曲线；
④拆除电路、整理仪器．
5．注意事项
(1)电路的连接方式
①电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与0～0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大；
②滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小电珠两端的电压能从0开始连续变化．
(2)闭合电键S前，滑动变阻器触头应移到使小电珠分得电压为0的一端，从而使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而烧坏灯丝．
(3)I－U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差．
(4)电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V量程，若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V量程．
(5)保持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加到额定值，记录I后马上断开开关．
(6)误差较大的点要舍去，I－U图象应是平滑曲线而非折线．
6．误差分析
(1)由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差．
(2)测量时读数带来误差．
(3)在坐标纸上描点、作图带来误差．
在描绘小灯泡的伏安特性曲线时采用如右图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表示数变化而电压表指针不动，下列原因中可能的是(　　)
A．灯泡中灯丝已烧断
B．滑动变阻器滑片接触不良
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
【解析】　电流表示数变化，说明该电路是通的；而电压表指针不动，由U＝IR，只能说明电阻已短路(R＝0 Ω)．
【答案】　C
故障分析题关键是要依据已知条件进行合理的分析推理．
1.在例1中，若电压表示数变化而电流表指针基本不动，答案如何？________.
【解析】　电压表示数变化，说明变阻器、电流表都是完好的，若电灯也完好则电流表示数应有明显的变化，电流表指针基本不动说明电灯灯丝已断，通过电流表的电流只是通过电压表中的微弱电流，因此选项A正确．
【答案】　A
一般情况下，导体的电阻会随着温度的改变而改变．某同学研究了一白炽灯两端的电压与电流的关系，得到了如下一组实验数据：
I/A 0 0.040 0.072 0.094 0.116 0.156 0.182
U/V 0 0.75 1.38 1.80 2.30 3.20 4.30
I/A 0.195 0.210 0.220 0.230 0.248 0.264 0.280
U/V 5.00 6.10 7.20 8.30 10.30 12.30 14.30
请完成下列工作：
(1)在右图的方格纸中画出电流与电压的关系图线．
(2)实验过程中用到了下列器材：直流电源、滑动变阻器(最大阻值为30 Ω)、电压表(量程15 V，内阻约104 Ω)、电流表(量程0.6 A，内阻约0.01 Ω)、开关一只及导线若干，请在下图中按实验要求连接实物接线图．
(3)从图线和实验数据均可看出，当该灯泡两端的电压大于3.2 V时，灯泡的阻值会发生明显的改变，通常我们把小于3.2 V的图线区域叫做线性区域，大于3.2 V的图线区域叫做非线性区域，那么当该灯泡正常发光时，其电压值是在线性区域还是在非线性区域？为什么？
【答案】　(1)如下图所示
(2)如下图所示
(3)在非线性区域，因为灯泡正常工作时，灯丝的温度为上千摄氏度，因此肯定在非线性区域
作I－U图象时，要根据题目提供数据的情况，选取合适的坐标刻度．
2.某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下一组U－I数据：
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
U/V 0.20 0.060 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00
I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205
灯泡发
光情况 不亮 微亮 渐亮 正常
发光
(1)试在下图上画出U－I图线．当U＜1.40 V时，灯丝电压与电流成________比，灯丝电阻________；当U＞1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度的升高而________．
(2)从图线上可以看出，当小灯泡功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化是__________________________．
(3)实验结果表明，导体的电阻随温度的升高而________________________________________________________________________．
【答案】　(1)见右图(可从原点画起)　正　不变　增大
(2)开始几乎不变，后来逐渐增大
(3)增大
本实验的主要步骤有：
1．连接电路：将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、开关用导线连接成如右图所示的电路．
2．测出小灯泡在不同电压下的电流．移动 位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入已经画好的表格中．
滑动变阻器触头
3．画出伏安特性曲线．
(1)在坐标纸上以 为横轴，以 为纵轴，建立坐标系．
(2)在坐标纸上描出 对应的点．注意横纵坐标的比例标度选取要适中，以使所描图线占据 为宜．
(3)将描出的点用 连接起来，就得到小灯泡的伏安性曲线．
4．拆除电路，整理仪器
U
I
各组数据
整个坐标纸
平滑的曲线
1．(考查点：实验原理)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，将电压表、电流表连入电路，应(　　)
A．采用电压表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多
B．采用电压表外接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多
C．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多
D．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻大得多
【答案】　C
2．(考查点：伏安特性曲线的应用)如右图所示是某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中画出的I－U曲线图．曲线上a、b、c表示小灯泡的三个状态，设这些状态所对应的小灯泡的电阻为Ra、Rb、Rc，消耗的电功率为Pa、Pb、Pc，则(　　)
A．RaC．Pa【答案】　ACD
3．(考查点：实际功率的求解)一灯泡的额定功率为P0，当加在灯上的电压等于额定电压的1/2时，灯上消耗的功率P应是(　　)
A．P＝P0/4 B．P＝P0/2
C．P＞P0/2 D．P0/2＞P＞P0/4
【答案】　D
4．(考查点：实验原理)下列说法正确的是(　　)
A．实验中电压表测量小灯泡两端电压，电流表测量通过灯泡的电流，若不考虑误差得到的U－I图线应是过原点的直线
B．实验中得到的图象不是直线，是测量误差造成的
C．实验中得到图象是曲线，是由于灯丝温度造成的
D．以上说法都不正确
【答案】　C
5．(考查点：伏安特性曲线)如右图所示为灯泡L1“220 V，100 W”，L2“220 V，60 W”的伏安特性曲线(I－U)图线，根据该图线可以确定L1、L2串联在220 V的电源上时，两灯泡的实际功率之比大约为(　　)
A．1∶2　　 B．3∶5
C．5∶3 D．1∶3
【答案】　D
6．(考查点：实验原理及应用)表格中所列数据是测量小灯泡U－I关系的实验数据：
(1)分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是下图中________(填“甲”或“乙”)．
U/V 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
(2)在如下图所示的方格纸内画出小灯泡的U－I曲线．分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而________(填“变大”“变小”或“不变”)．
(3)如右图所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3 V的电源上．已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A.
【解析】　(1)从表中数据可看出，灯泡两端电压可从零调节，这说明滑动变阻器应选用分压接法，故应选用甲图．
(2)在方格纸上根据U－I数据描点、连线，其U－I图象如下图所示．随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的切线斜率越来越大，故其电阻变大．
(3)因流过R的电流是流b灯电流的两倍，所以流过a灯的电流是流过b灯电流的3倍，即Ia＝3Ib,3Ua＋Ub＝3 V，结合图象可知，当Ib＝0.07 A时，Ub≈0.3 V，此时Ia＝0.21 A，Ua＝2.6 V，
Ua＋Ub＝2.9 V≈3 V
所以Ib≈0.07 A.
【答案】　(1)甲　(2)U－I曲线见解析　变大　(3)0.07