高考物理复习实验九描绘小电珠的伏安特性曲线市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,试验九,描绘小电珠伏安特征曲线,1/103,【,试验目标,】,1.,掌握滑动变阻器使用方法及连接方式。,2.,掌握伏安特征曲线描绘方法。,3.,了解小电珠伏安特征曲线为何是曲线。,2/103,【,试验原理,】,1.,用电流表测出流过小电珠电流,用电压表测出小电珠两端电压,测出多组,(U,I),值,在,I-U,坐标系中描出各对应点,用一条平滑曲线将这些点连起来。,3/103,2.,电流表外接,:,因为小电珠电阻较小,假如电流表内接,误差显著较大,;,滑动变阻器采取分压式,使电压能从零开始连续改变。,4/103,【,试验器材,】,小电珠,(3.8 V,0.3 A),或,(2.5 V,0.6 A),一个、电压表,(0,3 V,15 V),与电流表,(0,0.6 A,3 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,),、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。,5/103,【,试验过程,】,1.,电路连接,:,确定电流表、电压表量程,采取电流表外接法,滑动变阻器采取分压式接法,按图中原理图连接好试验电路。,6/103,2.,开关闭合,:,把滑动变阻器滑片调整到图中最左端,接线经检验无误后,闭合开关,S,。,3.,数据测量,:,移动滑动变阻器滑片位置,测出,12,组左右不一样电压值,U,和电流值,I,并将测量数据填入表格中,断开开关,S,。,7/103,【,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点,(,坐标系纵轴和横轴标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜,),。,8/103,3.,将描出点用平滑曲线连接起来,就得到小电珠伏安特征曲线。,9/103,【,误差分析,】,1.,系统误差,:,因为采取是电流表外接法,电流表测量值大于小电珠电流真实值。,10/103,2.,偶然误差,:,(1),电压表、电流表读数时存在误差。,(2),在坐标纸上描点、作图时存在误差。,11/103,【注意事项,】,1.,电路调整,:,闭合开关,S,前,滑动变阻器滑片应移到使小电珠分得电压为零一端,使开关闭合时小电珠电压从零开始改变,同时也是为了预防开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏小电珠。,12/103,2.,图象画法,:,(1),建立坐标系时,纵轴表示电流,横轴表示电压,两坐标轴选取标度要合理。,(2)I-U,图线在,U=1.0 V,左右时将发生显著弯曲,故在,U=1.0 V,左右绘点要密,以防出现较大误差。,(3),误差较大点要舍去,I-U,图线应是平滑曲线而非折线。,13/103,3.,试验操作,:,当小电珠电压靠近额定值时要迟缓增加,到额定值统计,I,后马上断开开关。,14/103,热点一试验原理了解和器材选取,【,典例,1】,小华和小明在“描绘小灯泡伏安特征曲线”试验中,将试验数据统计在表格中,:,导学号,04450184,电压,U/V,0.00,0.20,0.40,0.70,1.00,1.30,1.70,2.10,2.50,电流,I/A,0.00,0.14,0.24,0.26,0.37,0.40,0.43,0.45,0.46,15/103,(1),试验室有两种滑动变阻器供选择,:,A.,滑动变阻器,(,阻值范围,0,10,、额定电流,3 A),B.,滑动变阻器,(,阻值范围,0,2 000,、额定电流,1 A),16/103,试验中选择滑动变阻器是,。,(,填写字母序号,),(2),在图甲中用笔画线代替导线,将试验电路连接完整。,(3),开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑至,(,选填“左”或“右”,),端。,17/103,(4),利用表中数据,在图乙中画出小灯泡,U-I,图象。,18/103,(5),他们在,U-I,图象上找到小灯泡工作电压为,2.0 V,时坐标点,计算此状态电阻值时,小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡阻值,;,小华提出该点与坐标原点连线斜率表示小灯泡阻值。你认为,(,选填“小华”或“小明”,),方法正确。,19/103,【,规范解答,】,(1),因为灯泡电阻大约在几欧左右,为了便于测量,滑动变阻器选择,0,10,。,(2),因为灯泡电压和电流从零开始测起,则滑动变阻器采取分压式接法,;,电流表采取外接法。实物连线图如图所表示。,20/103,(3),为了保护测量电路,开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑至最左端。,(4),小灯泡,U-I,图象如图所表示。,21/103,(5),依据欧姆定律知,R=,电阻大小为该点与坐标,原点连线斜率,故小华方法正确。,答案,:,(1)A,(2),见规范解答图,(3),左,(4),见规范解答图,(5),小华,22/103,【,强化训练,】,1.,某试验小组同学在学校试验室中发觉一电学元件,该电学元件上标有“最大电流不超出,6 mA,最大电压不超出,7 V”,同学们想经过试验描绘出该电学元件伏安特征曲线,他们设计一部分电路如图所表示,23/103,图中定值电阻,R=1 k,用于限流,;,电流表量程为,10 mA,内阻约为,5;,电压表,(,未画出,),量程为,10 V,内阻约为,10 k;,电源电动势,E,为,12 V,内阻不计。,24/103,(1),试验时有两个滑动变阻器可供选择,:,A.,阻值,0,200,额定电流,0.3 A,B.,阻值,0,20,额定电流,0.5 A,应选滑动变阻器是,(,选填“,A”,或“,B”),。,25/103,正确接线后,测得数据如表所表示,:,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,U/V,0.00,3.00,6.00,6.16,6.28,6.32,6.36,6.38,6.39,6.40,I/mA,0.00,0.00,0.00,0.06,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.50,26/103,(2),由以上数据分析可知,电压表应并联在,M,与,(,选填“,O”,或“,P”),之间。,(3),将电路图在虚线框中补充完整,:,27/103,(4),从表中数据可知,该电学元件电阻特点是,:,_,。,28/103,【,解析,】,(1),滑动变阻器,A,允许最大电压为,0.3,200 V=60 V12 V,滑动变阻器,B,两端所能加最大电压为,0.520 V=10 V12 V,为确保安全,滑动变阻器应选,A,。,29/103,2),由表中试验数据可知,电学元件电阻最小测量值约,为,R=1 163.6,电流表内阻约为,5,电,压表内阻约为,10 k,相对来说,元件电阻远大于电流,表内阻,电流表应采取内接法,所以电压表应并联在,M,与,P,之间。,30/103,(3),由表中试验数据可知,电压与电流从零开始改变,滑动变阻器应采取分压接法,由,(2),可知,电流表采取内接法,试验电路图如图所表示,:,31/103,(4),由表中试验数据可知,当元件两端电压小于,6 V,时,电路电流很小,几乎为零,由欧姆定律可知,元件电阻非常大,不导电,;,当元件两端电压大于,6 V,时,伴随电压升高电流快速增大,电压与电流比值减小,电阻变小。,32/103,答案,:,(1)A,(2)P,(3),看法析图,(4),当元件两端电压小于,6 V,时,元件电阻非常大,不导电,;,当元件两端电压大于,6 V,时,伴随电压升高而电阻变小,33/103,2.,某同学经过试验研究,LED,灯伏安特征曲线,可用器材以下,:,电源,(,内阻不计,),、滑动变阻器、电流表、电压表、不一样规格,LED,灯两组、开关、导线。,34/103,(1),该同学将灯,L,1,连接成如图甲所表示试验电路,开关闭合前,滑动变阻器滑片位置应置于最,(,选填“左”或“右”,),端。各元件检验正常,闭合开关后,移动滑动变阻器滑片,发觉电压表有示数,而电流表一直无示数且灯,L,1,不亮,则一定断路导线是,。,35/103,(2),更换导线后,移动滑动变阻器滑片,得到灯,L,1,I-U,图象如图乙中图线,则可知灯,L,1,电阻随电压增大而,(,选填“变大”“变小”或“不变”,),。,36/103,(3),换灯,L,2,重做试验,得到其,I-U,图象如图乙中图线。将滑动变阻器滑片移到适当位置固定,同时撤去导线,2,接灯,L,2,时电流表读数为,0.16 A,接灯,L,1,时电流表读数为,0.14 A,灯被短路时,电流表读数应为,A,。,(,结果保留两位有效数字,),37/103,38/103,【,解析,】,(1),该同学将灯,L,1,连接成如题图甲所表示试验电路,由图可知该电路为分压式电路,所以开关闭合前,滑动变阻器滑片应置于最左端,使开始时,LED,灯两端,电压最小。各元件检验正常,闭合开关后,移动滑动,变阻器滑片,发觉电压表有示数,说明电压表支路没,39/103,有问题,;,而电流表一直无示数,且灯,L,1,不亮,则只有,LED,灯支路存在问题,所以一定断路导线是,6,。,40/103,(2),在题图乙,I-U,图象中,各个点与坐标原点连线斜率表示电阻倒数,由图可知,随电压增大,各点与坐标原点连线斜率增大,所以可知灯,L,1,电阻值减小。,41/103,(3),由题图乙能够读出,接灯,L,2,时电流表读数为,0.16 A,此时电压为,U,20.8 V;,接灯,L,1,时电流表读,数为,0.14 A,此时电压为,U,1,=1.1 V;,设电源电动势,为,E,滑动变阻器阻值为,R,由闭合电路欧姆定律得,E=U,1,+I,1,R,E=U,2,+I,2,R,联立解得,E=3.2 V,R=15,。所以,当灯被短路时,电流表读数,I=0.213 A,0.21 A,。,42/103,答案,:,(1),左,6,(2),变小,(3)0.21,43/103,【,反思归纳,】,选择电学试验仪器要遵照安全性标准,(,不使电学元件受损,),和准确性标准,(,尽可能减小误差,),。比如选择电表时,首先确保流过电流表电流和加在电压表上电压均不超出使用量程然后再合理选择量程使指针有较大偏转,(,要到达满偏,1/3),以尽可能减小测量相对误差。而一些试验压轴题难点往往就放在对安全性标准和准确性标准了解上。,44/103,热点二试验电路选取和试验数据处理,【,典例,2】,(,全国卷,),某同学研究小灯泡伏安,特征,所使用器材有,:,小灯泡,L(,额定电压,3.8 V,额定,电流,0.32 A);,电压表,(,量程,3 V,内阻,3 k);,电流表,(,量程,0.5 A,内阻,0.5);,固定电阻,R,0,(,阻值,1 000);,滑动变阻器,R(,阻值,0,9.0);,电源,E(,电动,45/103,势,5 V,内阻不计,);,开关,S;,导线若干。,导学号,04450185,(1),试验要求能够实现在,0,3.8 V,范围内对小灯泡电压进行测量,画出试验电路原理图。,(2),试验测得该小灯泡伏安特征曲线如图甲所表示。,46/103,47/103,由试验曲线可知,伴随电流增加小灯泡电阻,(,选填“增大”“不变”或“减小”,),灯丝电阻率,(,选填“增大”“不变”或“减小”,),。,48/103,(3),用另一电源,E,0,(,电动势,4 V,内阻,1.00),和题给器,材连接成图乙所表示电路,调整滑动变阻器,R,阻值,能够改变小灯泡实际功率。闭合开关,S,在,R,改变范,围内,小灯泡最小功率为,W,最大功率为,W,。,(,结果均保留,2,位小数,),49/103,【,规范解答,】,(1),因为电压表量程是,0,3 VU,L,=3.8 V,故用定值电阻,R,0,与电压表串联,扩大其量程。电源内阻不计,滑动变阻器总阻值较小,小灯泡上电压应从零开始调整,故试验电路采取外接法分压式电路,如图所表示。,50/103,(2),小灯泡伏安特征曲线上某一点与原点连线斜率,物理意义是 伴随电流增加,小灯泡电阻增大,由电阻定律知灯丝电阻率增大。,51/103,(3),当滑动变阻器阻值,R,1,=9,时,小灯泡上电压随电流改变关系为,:U,1,=E,0,-I,1,(r+R,1,),即,:U,1,=4-10I,1,;,在图甲小灯泡伏安特征曲线上作出关系式表示直线,(,如图,),。直线与曲线交点坐标为,(1.75 V,225 mA),故小灯泡最小功率为,P,1,=I,1,U,1,=0.2251.75 W=0.39 W;,52/103,当滑动变阻器阻值,R,2,=0,时,灯泡消耗功率最大,有,U,2,=E,0,-I,2,r,即,:U,2,=4-I,2,直线与曲线交点坐标为,(3.67 V,320 mA),如图所表示。小灯泡最大功率为,P,2,=I,2,U,2,=0.323.67 W=1.17 W,。,53/103,54/103,答案,:,(1),见规范解答,(2),增大增大,(3)0.39,1.17,55/103,【,强化训练,】,1.,要测绘一个标有“,3 V,0.6 W”,小灯泡伏安特征曲线,灯泡两端电压需要由零逐步增加到,3 V,并便于操作。已选取器材有,:,56/103,电池组,(,电动势为,4.5 V,内阻约,1);,电流表,(,量程为,0,250 mA,内阻约,5);,电压表,(,量程为,0,3 V,内阻约,3 k);,开关一个、导线若干。,57/103,(1),试验中所用滑动变阻器应选以下中,(,填字母代号,),。,A.,滑动变阻器,(,最大阻值,20,额定电流,1 A),B.,滑动变阻器,(,最大阻值,1 750,额定电流,0.3 A),(2),试验电路图应选取以下图,(,填字母代号,),。,58/103,(3),试验得到小灯泡伏安特征曲线如图所表示。假如将这个小灯泡接到电动势为,1.5 V,、内阻为,5,电源两端,小灯泡消耗功率是,W,。,59/103,【,解析,】,(1),因试验要求灯泡两端电压由零逐步增加到,3 V,所以滑动变阻器应用分压式接法,应选最大电阻较小变阻器,A,。,60/103,(2),因小灯泡电阻为,R=,所以 故电流表应用外接法,而滑动变阻器,用分压式,故电路图应选,B,。,61/103,(3),电源与小灯泡直接串联,那么路端电压等于小灯泡,两端电压,画出内阻为,5,电动势为,1.5 V,电源,路端电压与干路电流关系图线,它与小灯泡伏安特,性曲线交点表示小灯泡与该电源直接串联,因为电源,两端电压及经过电源电流与小灯泡两端电压及,62/103,经过小灯泡电流相等,),如图所表示,依据交点坐标,(1.0 V,0.1 A),能够计算出小灯泡消耗功率为,P=UI=10.1 W=0.1 W,。,63/103,答案,:,(1)A,(2)B,(3)0.1,64/103,2.,太空探测器在探索宇宙过程中,由太阳能电池板给它,提供能源。光明中学物理试验室有一块太阳能电池板,当有光照射它时,(,作为电源,),其路端电压与总电流关,系图象如图甲中曲线所表示,;,若没有光照射它时,相,当于一个只有电阻电学器件,无电动势。物理试验,65/103,探究小组用“描绘小灯泡伏安特征曲线”试验方法,探究该太阳能电池板在没有光照射时伏安特征曲线,利用电压表,(,内阻约,3 k),、电流表,(,内阻约,100),测得多组数据作出图象如图甲中曲线所表示。,66/103,67/103,(1),分析曲线可知,该电池板作为电阻器件时阻值随经过电流增大而,(,选填“增大”或“减小”,),若所设计电路如图乙所表示,试验时应将图乙中电压表另一端,a,接在,(,选填“,b”,或“,c”),点。,68/103,(2),图乙电路中,a,端接好后还少接了一根导线,请在图乙中画出。,(3),分析曲线可知,该电池板作为电源时电动势约为,V,若把它与阻值为,1 k,定值电阻连接组成一个闭合电路,在有光照射情况下,该太阳能电池板效率约为,%(,计算结果保留两位有效数字,),。,69/103,【,解析,】,(1),由图线可知,无光照时太阳能电池板作为电阻器件时阻值随经过电流增大而减小,且其阻值远大于电流表内阻,所以采取电流表内接法,即,a,端接,b,点。,70/103,(2),描绘伏安特征曲线要求电压从零开始调整,即滑动变阻器要采取分压式接法,故应该将滑动变阻器右端与电源正极用导线相连,如图,(a),所表示。,71/103,(3),太阳能电池板电动势由图线与纵轴交点直接,读出,即,2.80 V;,在图甲中作,1 k,电阻伏安特征曲线,如图,(b),所表示,图线与图线交点即电路工作,点,其坐标为,(1.80,1.80),电池板效率,=100%=,答案,:,(1),减小,b,(2),看法析图,(a),(3)2.80,64,72/103,【,反思归纳,】,1.,电路选取重点表现在两个方面,:,一是电流表内接还是外接,;,二是滑动变阻器是限流使用还是分压使用。,73/103,2.,判断电流表内接还是外接有两种方法,:,一是比值法,;,二是试触法。,3.,滑动变阻器是限流使用还是分压使用首先要看试验要求,有没有显著语言暗示,若存在以下语言暗示,滑动变阻器要并联分压使用,:,74/103,要求电压或电流从零开始改变,;,要求多测量几组数据,;,要求电压或电流改变范围足够大,;,虽没有文字暗示,但在表格中给出了一系列数据,应依据数据中电压,(,或电流,),改变范围特点来判断,假如电压改变范围大,则滑动变阻器应并联分压使用。,75/103,热点三试验拓展与创新,【,典例,3】,二极管是电子线路中惯用电子元件。它,电路符号如图,1,甲所表示,正常使用时,“+”,极一端接,高电势,“-”,极一端接低电势。要描绘某二极管在,0,8 V,间伏安特征曲线,另提供有以下试验器材,:,76/103,电源,E(,电动势为,8 V,内阻不计,):,多用电表电压挡有五,个量程,分别为,2.5 V,、,10 V,、,50 V,、,250 V,、,500 V,可,视为理想电压表,;,开关一个,;,滑动变阻器一个,;,表一,块,;,导线若干。,导学号,04450186,77/103,78/103,(1),在图,1,方框内画出测定二极管伏安特征曲线电,路原理图,多用电表在电路图中用 表示,并注明多用,电表电压挡所选量程。,(2),利用多用电表电压挡测量正常使用中二极管两端,电压时,电流从,(,选填“红”或,“黑”,),表笔流入电表。,79/103,(3),某同学经过试验得出了图,2,所表示伏安特征曲线图。接着,他又用该二极管、电源,E,和另一只固定电阻,R,等组成图,3,所表示电路,当闭合开关后,用多用电表电压挡测得,R,两端电压为,0.8 V,由此能够判断固定电阻,R,阻值大约为,。,80/103,【,创新方向分析,】,(1),源于教材,本例所用试验电路及研究方法与教材试验相同。,(2),高于教材,本例描绘试验元件不是小电珠,而是二极管,;,本例不是描绘伏安特征曲线而是反向伏安特征曲线。,81/103,【,规范解答,】,(1),由题意可知电流正向经过二极管时,二极管电阻较小,故 表应外接,因为要描绘二极管,在,0,8 V,间伏安特征曲线,故滑动变阻器应采取分压,式接法,电源电动势为,8 V,故多用电表电压挡选,10 V,量程。电路图如图所表示。,82/103,(2),利用多用电表电压挡测量正常使用中二极管两,端电压时,电流从红表笔流入多用电表。,(3),由闭合电路欧姆定律可知二极管两端电压为,7.2 V,据伏安特征曲线图可知二极管两端电压为,7.2 V,时对应电流是,10 mA,故电阻,R,阻值大约为,80,。,答案,:,(1),见规范解答图,(2),红,(3)80,83/103,【,强化训练,】,1.(,日照模拟,),在“描绘小灯泡伏安特征曲线”试验中,所用小灯泡标有“,3.8 V,0.3 A”,字样,并提供有以下器材,:,84/103,A.,电压表,V(0,5 V,内阻约,5 k),B.,电流表,A,1,(0,50 mA,内阻约,2),C.,电流表,A,2,(0,500 mA,内阻约,1),D.,滑动变阻器,R,1,(0,10),E.,滑动变阻器,R,2,(0,2 k),F.,直流电源E(,电动势,4.5 V,内阻不计,),G.,开关,S,及导线若干,85/103,(1),为了提升测量准确度和调整方便,:,试验中应选取电流表,滑动变阻器,。,(,填写器材代号,),请在虚线框内画出试验电路图。,86/103,(2),由正确试验操作得到数据描绘出小灯泡伏安特征曲线如图甲所表示。在另一试验中将此小灯泡接入如图乙所表示电路中,电路中电源电压,U(U3.8 V),恒定,在,t=t,0,时刻闭合开关,S,。由电流传感器统计电流随时间改变图象,(i-t),可能是图中,(,选填“,A”“B”,或“,C”),图。,87/103,88/103,【,解析,】,(1),小灯泡额定电流是,0.3 A,所以电流表应该选择,C;,本试验滑动变阻器采取分压接法,所以滑动变阻器应该选择总阻值较小,选,D,。,滑动变阻器用分压接法,小灯泡电阻很小,电流表应该用外接法。,89/103,(2),闭合开关之后才有电流,小灯泡灯丝电阻伴随温度升高而增大,所以电流会变小,选项,C,正确。,90/103,答案,:,(1)C,D,如图所表示,(2)C,91/103,2.(,济南模拟,),发光二极管在生产和生活中得到了广泛应用,如图所表示是一个发光二极管实物图,正常使用时,带“,+”,号一端接高电势,带“,-”,号一端接低电势,某同学想描绘它伏安特征曲线,试验测得它两端电压,U,和经过它电流,I,所得数据如表所表示。,92/103,U/V,0,0.40,0.80,1.20,1.60,2.00,2.40,2.80,I/mA,0,0.9,2.3,4.3,6.8,12.0,19.0,30.0,93/103,(1),试验室提供器材以下,:,A.,电压表,(,量程,0,3 V,内阻约,10 k),B.,电压表,(,量程,0,15 V,内阻约,25 k),C.,电流表,(,量程,0,50 mA,内阻约,50),94/103,D.,电流表,(,量程,0,0.6 mA,内阻约,1),E.,滑动变阻器,(,阻值范围,0,10,允许最大电流,3 A),F.,电源,(,电动势,6 V,内阻不计,),G.,开关,导线若干,该同学做试验时,电压表选取是,电流表选取是,。,(,填选项字母,),95/103,(2),请在图甲中以笔画线代替导线,按试验要求将实物图中连线补充完整。,96/103,(3),在试验过程中,开关,S,闭合前,滑动变阻器滑片应置于最,(,选填“左”或“右”,),端。,(4),依据表中数据,在图乙所表示坐标纸中画出该发光二极管,I-U,图线。,97/103,(5),由,I-U,图线可知,:,二极管电阻值随工作电压增大而,(,选填“不变”“增大”或“减小”,),。,(6),若此发光二极管最正确工作电流为,10 mA,现将此发光二极管与电动势为,3 V,、内阻不计电池组相连,还需串联一个阻值,R=,电阻,才能使它工作在最正确状态。,(,结果保留三位有效数字,),98/103,【,解析,】,(1),依据试验测得它两端电压,U,和经过它电流,I,数据范围可知,:,电压改变最大值为,2.8 V,所以电压表选,A;,电流改变最大值为,30 mA,所以电流表选,C,。,99/103,(2),电压、电流要从,0,测起,所以滑动变阻器应该用分压式,;,二极管电阻更靠近电流表内阻。电流表应该用外接法。实物图连接如图所表示。,100/103,(3),依据题意可知当开关,S,闭合前,应使被测电路两端电压最小,即滑动变阻器滑片应置于最左端。,(4),依据表中数据,在坐标纸上描出各点,用平滑曲线连接起来。如图所表示。,101/103,(5),图线各点与原点连线斜率表示电阻倒数,故随电压增大,电阻减小。,(6),依据,I-U,图线,可知当二极管工作电压为,1.9 V,时,工作电流约为,10 mA,串联电阻上分得电压应为,1.1 V,故应串联电阻为,R=110,。,102/103,答案,:,(1)A,C,(2),看法析图,(3),左,(4),看法析图,(5),减小,(6)110,103/103,