物理實(shí)驗(yàn)八 描繪小電珠的伏安特性曲線

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1、實(shí)驗(yàn)八：描繪小電珠的伏安特性曲線1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(duì)一只小電珠來(lái)說(shuō)，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時(shí)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(guò)描繪伏安特性曲線的方法來(lái)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(dòng)變阻器、電源、開(kāi)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

2、接線圖如圖 S8-2 所示.圖 S8-1圖 S8-2(2)檢查無(wú)誤后，將滑片調(diào)節(jié)至最左端，閉合開(kāi)關(guān)，讀出一組 U、I 值，記錄于表格.(3)再調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(kāi)開(kāi)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)膯挝?(6)用描點(diǎn)法在坐標(biāo)紙上標(biāo)出各組 U、I 值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置.(7)用平滑曲線將各點(diǎn)依次連接起來(lái).次數(shù) n1234567891011電壓 U/V電流 I/A(8)分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律.記錄表格：對(duì)“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(guò)原點(diǎn)的_.但由于小電珠的燈

3、絲在其兩端直線電壓由零增至額定電壓的過(guò)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_(kāi).增大曲線實(shí)驗(yàn)用的小電珠通常為“3.8 V 0.3 A”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(cè)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(kāi)始連續(xù)變化，滑動(dòng)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 3 V，內(nèi)阻約 3 k)(量程 150 mA，內(nèi)阻約 2 )(量程 500 mA，內(nèi)阻約 0.6 )D.滑動(dòng)變阻器 R1(020 )E.滑動(dòng)變阻器 R2(0100 )F.電源 E(電動(dòng)勢(shì) 4.

4、0 V，內(nèi)阻不計(jì))G.開(kāi)關(guān) S 和導(dǎo)線若干H.待測(cè)燈泡 L(額定功率 0.75 W，額定電壓未知)次序1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)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 1.23 V 時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到 2.70 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡已過(guò)亮，便立即斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中.請(qǐng)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_(kāi)V；這一結(jié)果大于 1.22 V，其原因是：_.解析：因?yàn)闊襞輧啥说?/p>

5、電壓要從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，故必須用分壓法，因?yàn)槭切‰娮?，故用外接法，根?jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可知通過(guò)燈泡的電流達(dá)到 310 mA，因此選用 ，分壓法為調(diào)節(jié)方便選用小的滑動(dòng)變阻器；先將測(cè)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2.5 V 時(shí)，燈泡的額定電流為 0.3 A，此時(shí)燈泡的額定功率為0.75 W；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(shí)，燈泡的溫度也升高，故正常工作時(shí)的電阻大于常溫下的電阻，根據(jù)額定功率計(jì)算額定電壓時(shí)，得用正常工作時(shí)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

6、.42.6 均正確) 燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)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(shí)，一是不要忘記(0,0)這個(gè)點(diǎn)；二是連線時(shí)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(gè)方面改進(jìn)和創(chuàng)新：(1)描繪二極管、太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)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(wèn)題.U/V0.002.562.712.802.842.872.892.

7、912.99I/mA0.000.030.070.110.340.520.750.913.02考向 1描繪二極管、太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)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(huà)出電壓在 2.503.00 V 范圍內(nèi)時(shí)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 2.503.00 V范圍內(nèi)電阻最小約為_(kāi)(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字).(3)某同學(xué)用伏安法測(cè)電阻的電

8、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(kāi)始變化，并使測(cè)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 3 V，內(nèi)阻約為 3 k，電流表量程為 5 mA，內(nèi)阻約為 10 .圖中已連接了部分導(dǎo)線，請(qǐng)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 2 mA，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(dòng)勢(shì)為3 V、內(nèi)阻不計(jì)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U3 V 時(shí)，電阻最小，大約為 970 (20 )；(3)要描繪伏安特性曲線，需要

9、將二極管兩端的電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，故用滑動(dòng)變阻器分壓的接法，因?yàn)槎O管電阻比較大，為減小測(cè)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 2 mA 時(shí)，其兩端的電壓為 2.97 V，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知電阻兩端的電壓為 0.03 V，電阻與二極管串聯(lián)，通過(guò)電阻的電流也為 2 mA，根據(jù)歐姆定律可得電阻 R15 .答案：(1)圖略.(2)變小970(950990 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(wèn)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 3.8

10、V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程 03 V，內(nèi)阻 3 k)；電流表(量程00.5 A，內(nèi)阻 0.5 )；固定電阻 R0(阻值 1000 )；滑動(dòng)變阻器R(阻值 09.0 )；電源 E(電動(dòng)勢(shì) 5 V，內(nèi)阻不計(jì))；開(kāi)關(guān) S；導(dǎo)線若干.(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，并畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖.(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)勢(shì) 4 V，內(nèi)阻 1.00 )和題給

11、器材連接成如圖乙所示的電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 R 的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率.閉合開(kāi)關(guān) S，在 R 的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_(kāi)W，最大功率為_(kāi)W.(計(jì)算結(jié)果均保留 2 位小數(shù))解析：(1)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，故滑動(dòng)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(dòng)變阻器的阻值為 9 時(shí)，電路電流最小，燈泡實(shí)際功率最小，此時(shí) EUI(rR)，得 U10 I4 V，在圖中作出該直線如圖 S8-8 所示，交點(diǎn)坐標(biāo)約為 U1.75 V，I線的斜率最大時(shí)，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(dòng)變阻器電阻值 R0 時(shí)，燈泡消耗的功率最大，此時(shí)交點(diǎn)坐標(biāo)為 U3.67 V，I0.32 A，如圖 S8-9 所示，最大的功率為 P2UI1.17 W.圖 S8-9圖 S8-8答案：(1)如圖 S8-7 所示.(2)增大增大(3)0.39 1.17方法技巧：電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問(wèn)題：電源對(duì)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.