实验2 描绘小灯泡的伏安特性曲线.ppt

1 1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．．描绘小灯泡的伏安特性曲线．2 2．分析曲线的变化规律．．分析曲线的变化规律． 实验二实验二 描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线1 1．．用用电电流流表表测测出出流流过过小小灯灯泡泡的的电电流流，，用用电电压压表表测测出出小小灯灯泡泡两两端端的的电电压压，，测测出出多多组组( (U U，，I I) )值值，，在在U U－－I I坐坐标标系系中中描描出出各各对对应应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来．点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来．2 2．．电电流流表表外外接接：：因因为为小小灯灯泡泡电电阻阻很很小小，，如如果果内内接接电电流流表表，，分分压压明明显显．．滑滑动动变变阻阻器器采采用用分分压压式式：：使使电电压压能能从从0 0开开始始连连续续变变化．化．学生电源学生电源(4(4～～6 V6 V直流直流) )、小灯泡、小灯泡(4 V(4 V、、0.7 A0.7 A或或3.8 V3.8 V、、0.3 0.3 A)A)，电流表，电流表( (内阻较小内阻较小) )、电压表、电压表( (内阻很大内阻很大) )，开关和导线、，开关和导线、滑动变阻器、坐标纸．滑动变阻器、坐标纸．1.1.将将灯灯泡泡、、电电流流表表、、电电压压表表、、滑滑动动变变阻阻器器、、电电源源、、开开关关用用导导线线连连接接成成如如图图7 7－－5 5－－1 1所示电路．所示电路．一、连接电路一、连接电路二、测量与记录二、测量与记录 2 2．．测测出出小小灯灯泡泡在在不不同同电电压压下下的的电电流流移移动动滑滑动动变变阻阻器器触触头头位位置置，，测测出出1212组组左左右右不不同同的的电电压压值值U U和和电电流流值值I I，，并并将将 测测量量数数据据填入表格．填入表格．U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.62.02.42.83.23.63.8I(A)三、数据处理、整理仪器三、数据处理、整理仪器 3 3．画出伏安特性曲线．画出伏安特性曲线(1)(1)在坐标纸上以在坐标纸上以U U为横轴，以为横轴，以I I为纵轴，建立坐标系．为纵轴，建立坐标系． (2)(2)在在坐坐标标纸纸上上描描出出各各组组数数据据所所对对应应的的点点．．( (坐坐标标系系纵纵轴轴和和横横轴轴的的标标度度要要适适中中，，以以使使所所描描图图线线充充分分占占据据整整个个坐坐标标纸纸为为宜宜) ) (3)(3)将将描描出出的的点点用用平平滑滑的的曲曲线线连连结结起起来来．．就就得得到到小小灯灯泡泡的的伏安特性曲线．伏安特性曲线． 4 4．拆除电路、整理仪器．．拆除电路、整理仪器．1 1．．本本实实验验中中被被测测小小灯灯泡泡灯灯丝丝的的电电阻阻值值较较小小，，因因此此测测量量电电路路必必须采用电流表外接法．须采用电流表外接法．2 2．．滑滑动动变变阻阻器器应应采采用用分分压压式式连连接接：：目目的的是是为为了了使使小小灯灯泡泡两两端端的电压能从的电压能从0 0开始连续变化．开始连续变化．3 3．．U U－－I I图图线线在在U U0 0＝＝1.0 1.0 V V左左右右将将发发生生明明显显弯弯曲曲，，故故在在U U＝＝1.0 1.0 V V左右绘点要密，以防出现很大误差．左右绘点要密，以防出现很大误差．4 4．．建建立立坐坐标标系系时时，，纵纵轴轴表表示示电电压压，，横横轴轴表表示示电电流流，，两两坐坐标标轴轴选选取取的的标标度度要要合合理理，，使使得得根根据据测测量量数数据据画画出出的的图图线线尽尽量量占占满坐标纸．满坐标纸．1 1．．由由于于电电压压表表、、电电流流表表不不是是理理想想电电表表，，电电表表内内阻阻对对电路的影响会带来误差．电路的影响会带来误差．2 2．测量时读数带来误差，严格按照读数规则．．测量时读数带来误差，严格按照读数规则．3 3．．在在坐坐标标纸纸上上描描点点、、作作图图带带来来误误差差．．用用细细铅铅笔笔，，严严格标度．格标度．【【例例1 1】】 有有一一个个小小灯灯泡泡标标有有““6 6 V V、、0.6 0.6 W W””的的字字样样，，现现在在要要用用伏伏安安法法测测量量这这个个灯灯泡泡的的I I－－U U图图线线，，有有下下列列器器材材可可供供选选用：用： A A．电压表．电压表(0(0～～5 V5 V，内阻，内阻10 10 kΩkΩ) ) B B．电压表．电压表(0(0～～10 V10 V，内阻，内阻20 20 kΩkΩ) ) C C．电流表．电流表(0(0～～0.3 A0.3 A，内阻，内阻1 Ω)1 Ω) D D．电流表．电流表(0(0～～0.6 A0.6 A，内阻，内阻0.4 Ω)0.4 Ω)E E．滑动变阻器．滑动变阻器(30 Ω(30 Ω，，2 A)2 A)F F．学生电源．学生电源( (直流直流9 V)9 V)，还有开关和导线，还有开关和导线(1)(1)实实验验中中电电压压表表应应选选________________，，电电流流表表应应选选________________．．( (用用序号字母表示序号字母表示) )(2)(2)为使实验误差尽可能减小，画出实验电路图．为使实验误差尽可能减小，画出实验电路图．解解析析：：(1)(1)电电流流表表、、电电压压表表的的选选择择由由小小灯灯泡泡的的标标识识可可知知其其额额定定电电压压为为U U1 1＝＝6 6 V V，，额额定定电电流流为为I I1 1＝＝0.1 0.1 A A，，在在额额定定电电压压下下的的电电阻阻为为R R＝＝60 60 Ω.Ω.为为了了安安全全，，小小灯灯泡泡两两端端所所加加电电压压不不能能超超过过6 6 V V，，( (通通过过小小灯灯泡泡的的电电流流不不能能超超过过0.1 0.1 A)A)，，要要测测I I－－U U图图线线，，其其电电压压变变化化范范围围应应在在0 0～～6 6 V V间间．．因因此此电电压压表表应应选选择择B B，电流表应选择，电流表应选择C.C.(2)(2)电流表内外接法的选择电流表内外接法的选择由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将引起系统误差．本实验中小灯泡的最大电阻约接都将引起系统误差．本实验中小灯泡的最大电阻约R R1 1＝＝6060ΩΩ，，R R1 1≪≪R RV V，为了减小误差，应当用电流表外接法．，为了减小误差，应当用电流表外接法．(3)(3)控制电路的选择控制电路的选择本题中若采用限流电路，其电路中的最小电流是本题中若采用限流电路，其电路中的最小电流是I Iminmin＝＝0.1 A0.1 A，，显然不符合实验要求；且实验数据应显然不符合实验要求；且实验数据应包括电压在零附近的数值，故只能用包括电压在零附近的数值，故只能用分压接法．实验电路图如右图所示．分压接法．实验电路图如右图所示． 答案：答案：(1)B(1)B　　C C　　(2)(2)电流表外接，电流表外接，分压式，见解析图分压式，见解析图【【例例2 2】】 影影响响物物质质材材料料电电阻阻率率的的因因素素很很多多，，一一般般金金属属材材料料的的电电阻阻率率随随温温度度的的升升高高而而增增大大，，而而半半导导体体材材料料的的电电阻阻则则与与之之相相反反，，随随温温度度的的升升高高而而减减小小．．某某课课题题研研究究组组需需要要研研究究某某种种导导电电材材料料的的导导电电规规律律，，他他们们用用该该种种导导电电材材料料制制作作成成电电阻阻较较小小的的元元件件Z Z做做实实验验，，测测量量元元件件Z Z中中的的电电流流随随两两端端电电压压从从零零逐逐渐渐增大过程中的变化规律．增大过程中的变化规律．(1)(1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验( (　　　　) )(2)(2)①①由由(1)(1)实实验验测测得得元元件件Z Z的的电电压压与与电电流流的的关关系系如如下下表表所所示示．．根根据表中数据请在图据表中数据请在图7 7－－5 5－－3 3中作出元件中作出元件Z Z的的I I－－U U图线．图线．U/V00.400.600.801.001.201.501.60I/A00.200.450.801.251.802.803.20②②根根据据Z Z的的I I－－U U图图线线可可知知判判断断元元件件Z Z是是金金属属材材料料还还是是半导体材料？半导体材料？③③把把元元件件Z Z和和电电阻阻R R接接入入如如图图7 7－－5 5－－2 2所所示示的的电电路路中中，，由由实实验验测测得得电电阻阻R R的的I I－－U U图图线线如如图图7 7－－5 5－－3 3所所示示．．已已知知电电源源的的电电动动势势E E＝＝1.5 1.5 V V，，内内阻阻不不计计．．电电路路闭闭合合电电键键S S，，电电路路稳稳定定时时，，元元件件Z Z消消耗耗的的电电功功率率为为________ W.________ W.解解析析：：(1)(1)由由测测量量的的数数据据题题目目要要求求可可知知，，滑滑动动变变阻阻器器应应采采取取分分压压式式接接法法．．因因为为元元件件Z Z的的电电阻阻较较小小，，所所以以电流表应外接，因此实验电路应选电流表应外接，因此实验电路应选A A图．图．(2)(2)①①描点画出元件描点画出元件Z Z的的I I－－U U图线如图所示．图线如图所示．②②由由I I－－U U图线可知，图线可知，Z Z是半导体．是半导体．③③当当电电流流强强度度为为0.80 0.80 A A时时，，元元件件Z Z两两端端的的电电压压为为0.80 0.80 V V，，定定值值电电阻阻R R上上的的电电压压为为0.70 0.70 V V，，此此时时元元件件Z Z上上消消耗耗的的电功率为电功率为0.600.60～～0.68 W.0.68 W.答案：答案：(1)A(1)A　　(2)(2)①①元件元件Z Z的的I I－－U U图线图线 如图所示　如图所示　②②半导体半导体③③0.600.60～～0.680.68【【例例3 3】】 某某研研究究性性学学习习小小组组为为了了制制作作一一种种传传感感器器，，需需要要选选用用一一电电器器元元件件．．图图7 7－－5 5－－4 4为为该该电电器器元元件件的的伏伏安安特特性性曲曲线线，，有有同同学学对对其其提提出出质质疑疑，，现现需需进进一一步步验验证证该该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材器材( (代号代号) )规　格规　格电流表电流表(A(A1 1) )量程量程0 0～～50 mA50 mA，内阻约为，内阻约为50 Ω50 Ω电流表电流表(A(A2 2) )量程量程0 0～～200 mA200 mA，内阻约为，内阻约为10 Ω10 Ω电压表电压表(V(V1 1) )量程量程0 0～～3 V3 V，内阻约为，内阻约为10 10 kΩkΩ电压表电压表(V(V2 2) )量程量程0 0～～15 V15 V，内阻约为，内阻约为25 25 kΩkΩ滑动变阻器滑动变阻器( (R R1 1) )阻值范围阻值范围0 0～～15 Ω15 Ω，允许最大电流，允许最大电流1 A1 A滑动变阻器滑动变阻器( (R R2 2) )阻值范围阻值范围0 0～～1 1 kΩkΩ，允许最大电流，允许最大电流100 mA100 mA直流电源直流电源( (E E) )输出电压输出电压6 V6 V，内阻不计，内阻不计开关开关(S)(S)导线若干导线若干 (1)(1)为为提提高高实实验验结结果果的的准准确确程程度度，，电电流流表表应应选选用用________________；； 电电压压表表应应选选用用________________；；滑滑动动变变阻阻器器应应选选用用________________．． ( (以以上上均均填器材代号填器材代号) ) (2)(2)为为达达到到上上述述目目的的，，请请在在虚虚线线框框内内画画出出正正确确的的实实验验电电路路原原理理图，并标明所用器材的代号．图，并标明所用器材的代号． (3)(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？ 相同点：相同点：__________________________________ _________________________ _________________________；； 不同点：不同点：__________________________________ _________________________. _________________________.解析：图中的解析：图中的①①从所给的伏安特性曲线看出，最大电从所给的伏安特性曲线看出，最大电流为流为0.14 A0.14 A，大于电流表，大于电流表A A1 1的量程，小于电流表的量程，小于电流表A A2 2的量程，所以电流表选择的量程，所以电流表选择A A2 2. .图中的最大电压不超过图中的最大电压不超过V V1 1的量程，且的量程，且V V1 1的测量更精确，的测量更精确，R R1 1的最大阻值与所的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I I1 1＝＝ A A＝＝0.4 A0.4 A＜＜1 A1 A，而，而R R2 2的阻值太大，所的阻值太大，所以选择以选择R R1 1. .②②待测元件的电阻满足待测元件的电阻满足R RA A＜＜R Rx x≪≪R RV V，所以选择电流表外，所以选择电流表外接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所以选择滑动变阻器分压式连接．以选择滑动变阻器分压式连接．答案：答案：(1)A(1)A2 2　　V V1 1　　R R1 1(2)(2)电电路图如右图所示路图如右图所示(3)(3)伏安特性曲线都是非线性的．伏安特性曲线都是非线性的．小电珠的伏安特性曲线表明随小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻增大，电流和电压的增大电阻增大，而该元件的伏安特性曲线表明随而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻减小电流和电压的增大电阻减小③③伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减小的，所以是非线性的．而小电珠的灯丝是金属，其伏安特性小的，所以是非线性的．而小电珠的灯丝是金属，其伏安特性曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻率是曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻率是随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．。