2012届高考物理第一轮描绘小电珠的伏安特性曲线专项复习
详细内容
第六课时：描绘小电珠的伏安特性曲线
【实验目的】
通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律．
【实验原理】
在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是U-I曲线是条过原点的直线。但是实际电路中由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。如图3-1所示，根据分压电路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲线。 金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性。
【步骤规范】
实验步骤操作规范
一.连接实验电路
1．对电流表、电压表进行机械调零
2．布列实验器材，接图3-1连接实验电路，电流表量程0.6A，电压表量程3V 1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。
2．电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。
二．读取I、U数据
1．将滑动变阻器的滑片C向另一端滑动，
读取一组电流表和电压表的读数
2．逐渐移动滑动变阻器的阻值，在“0~3.8V”或“0~4V”范围内记录12组电压值U和相应的电流值I
1．使电路中灯泡两端电压从0开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压
2．电流表和电压表读数要有估读（一般可估读到最小分度的
三．描绘图线
将12组U、I值，描绘到I―U坐标上，画出I―U曲线
在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。
四．拆除电路，仪器复原
【注意事项】
1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．
2．因本实验要作I－U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．
3．电键闭合前变阻器滑片位置
4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压． U-I图线在U＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右测绘点要密，否则将出现很大误差.
5．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来．
【典型例题】
1.电压表、电流表的使用
例1：如图所示，电流表的示数是 A，电压表的示数是 V
2.伏安法测电阻的两种电路
1.2.1两种电路的误差分析
○1无论实验目的是什么（做伏安特性曲线、测电阻、测电功率），只要同时测电路元件的电流I和电压U，I和U两个物理量中就只有一个是真实值。
○2用伏安法测电流和电压的电路有两种，如图4AB，其中A是电流表的内接，B是电流表的外接。
○3在图A中是 表的 作用引起误差。其中 表的读数是真实值，
表的读数不是真实值。用此方法测电阻，R测 R真（＞，＜，＝），Rx RA时采用此接法误差较小。此电路适用于测 电阻。
○4在B图中是 表的 作用引起误差。其中 表的读数是真实值，
表的数不是真实值。用此方法测电阻，R测 R真（＞＜＝），Rx RV时采用此接法误差较小。此电路适用于测 电阻。
1.2.2选择电路的两类方法
①直接比较法：
②测试判断法：
3、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点
如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图2电路称为限流接法，图3电路称为分压接法.
例2．如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值是200欧，定值电阻的阻值R2=300欧，A、B两端的电压恒定，且UAB=8V。当开关S断开时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是 ，当开关S闭合时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是
4. 三种元件的伏安特性曲线对比
（1）金属导体的伏安特性曲线
金属导体满足欧姆定律： ，所以用纵坐标表示电压 或电流 ，横坐标表示电流 或电压 ，作出的图线为过原点的直线，其斜率或斜率的倒数表示电阻。故根据金属导体伏安特性曲线可以计算电阻。
【例题3】如图为甲、乙两金属电阻的伏安特性曲线,某同学是这样计算它们的阻值的： = = ，你认为他的解法对吗？如果不对，它们的阻值应为多少？
（2）小灯泡的伏安特性曲线
灯泡是利用电流的热效应工作的，随着加在灯泡上的电压增大，灯泡中的电流随之增大，发热功率增大，发热功率大于散热功率时，灯丝因温度升高而电阻增大，在 坐标系中图线的点的切线斜率增大，所以小灯泡的伏安特性曲线是非线性的。小灯泡伏安特性曲线如图所示。
【例题4】某小灯泡的伏安特性曲线如右图所示，试求灯丝电阻在A、B两点间因温度的影响改变了多少？
（3）二极管的伏安特性曲线
对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电)，随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V左右，硅管为 0.7V左右)，电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。
对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。二极管（锗管）伏安特性示意图如右上图所示。
【例题5】某同学对黑箱(见图1)中一个电学元件的伏安特性进行研究。通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律:①当-15V
Uab/×10-3V0245480650705725745
I/×10-2mA0152560170425750
（1）在图2中画出Uab≥0时该元件的伏安特性曲线。
（2）根据上述实验事实，该元件具有的特性是__________。