2.5实验：描绘I-U特性曲线 课件-2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

第一章 静电场 2.5实验：描绘I-U特性曲线 教科版（2019）高中物理必修第三册 目 录 1 2 3 4 新课导入 学习目标 新课讲解 经典例题 5 课堂练习 6 课堂小结 学习目标 1.进一步掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法、外接法的选择。 2.能根据需要正确选择测量仪器及电表量程、 3.会根据所得的实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关分析。 4.尝试进行实验误差的分析，了解测量中减小误差的方法。 一、伏安特性曲线(I-U图线) 图线斜率的物理意义是电阻的倒数 I U O B A 1、概念：通过某种电学元件的电流I随电压U变化的实验图线 10 U/I 5 0.40 0.30 0.20 0.10 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0.50 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 电压（V） 电流（A） 电流（A） B 导体 A I U O B A I U O B A I-U图线 U-I图线 2、线性元件和非线性元件 （1）对于金属导体，当温度不变时，如欧姆定律所描述的，电流跟电压成正比，其伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，其电阻为定值，如图所示，具有这种伏安特性曲线的元件称为线性元件。 I O U O I U （2）对气态导体，如日光灯管中的气体，以及某些导体器件，如晶体管等并不适用。在这种情况下，其伏安特性曲线不是直线,这种电学元件称为非线性元件。 据部分电路的欧姆定律知，定值电阻R两端的电压U与电流I成正比，即U=IR，其I-U图线是一条过原点的直线。由于小灯泡灯丝的电阻率随着温度的升高而增大，其电阻也随着温度的升高而增大，故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线。 U/V I/A O 1.电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法” 。 2.电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法” 。 A V Rx A V Rx 因电流表有分压、电压表有分流作用,两种方法测量电阻都有误差，那么，实际应用中该如何选择呢？ 1.电流表的两种接法 二、电流表的两种接法 电压表示数： 电流表示数： 1.电流表外接法时 A V Rx 误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小。 测量小电阻，即Rx<<RV情况下，使用外接法误差较小。 2.伏安法测电阻误差分析 电压表示数： 电流表示数： 误差来源于电流表的分压，分压越小，误差越小。 测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。 A V Rx 2.电流表内接法时 若伏特表示数有明显变化， 用外接； 若安培表示数有明显变化， 用内接。 （3）试探法 V A S a b R 按内外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。 类别 电流表内接法 电流表外接法 实验电路 误差来源 电压表的分流 电流表的分压 测量结果 适用于测量 小电阻（R<<RV） 大电阻（R>>RA） 记忆口诀 大内偏大 小外偏小 测量电路误差分析及选用 比值法 内接法： 外接法： 试触法 选用原则 测量结果偏大 测量结果偏小 UR UA IR IA 消除误差 Ⓐ内阻已知： Ⓥ内阻已知： 1．用电流表测出流过小灯泡的电流。用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)值，在I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来． 2．电流表外接：因为小灯泡的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连续变化． 一、实验原理 二、电路设计 滑动变阻器采用“分压接法”.可使小灯泡两端的电压从零开始连续变化。 安培表采用“外接法”.可使测出的小灯泡的电压、电流更准确。 测量电路: 测导体R的电流、电压 分压电路：(控制电路) 可以提供从零开始连续变化的电压 三、实验器材 “3.8V 0.3A”的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、电键、导线、坐标纸、铅笔 1.注意事项： ①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 ②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。 ③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。 2.基本方法： ①画出实验电路图。 ②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。 实物图连线基本方法和注意事项 用0.5毫米黑色墨迹签字笔描清楚，连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。 一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。 连线口诀： 有图到物、接线到柱 先串后并、量程清楚 线不交叉就近接入 四、实验步骤 （1）按照如图所示的电路图连接成实验电路（安培表外接，滑动变阻器用分压式，开关处于断开状态，变阻器触头位于电压表读数为零处）何处？ (2)闭合开关S，移动滑动变阻器触头位置，测出12组不同的电压值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 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I/A (3) 在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴建立坐标系。在坐标系上描出各组数据所对应的点，将描出的点用平滑的曲线连结起来。就得小灯泡的伏安特性曲线。 I/A U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 . . . . . . . . . . . . . . (4) 拆除电路，整理仪器。 2.为使小灯泡上的电压能零开始连续变化，滑动变阻器应采用 连接。 1.小灯泡的电阻很小。当它与电流表串联时，电流表的分压影响很大，故为了准确测出小灯泡的伏安特性曲线，故电流表应采用 接法。 外 分压式 3.本实验中，开关S闭合前应把滑动变阻器的滑动触头置于 的位置。 电压表读数为零 4.小灯泡的灯丝的电阻率随温度的升高而增大，故小灯泡的伏安特性曲线I—U图线应为斜率 曲线。 渐小 5.画I—U曲线时不要画成折线，而应当画成平滑的曲线，对误差较大的点应当舍弃。 注意事项： 1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差． 2．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数． 3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差． 误差分析 典例分析 【例题1】用内阻为3000Ω的电压表和内阻为10Ω的电流表测电阻，在图甲、乙两种情况下，电压表的示数都是60V，电流表的示数都是0.2A，则R1的测量值为 Ω，真实值是 Ω，R2的测量值为 ___Ω，真实值是 Ω。 乙 300 290 300 333 R1 甲 V A R2 V A 典例分析 【例题2】如图所示为用伏安法测电阻的部分电路图，因为不知道待测电阻RX的大概值，所以不能确定线路的接法。为了减小误差，可在电路接好后将电压表的一个接线端K分别与M、N接触，观察电压表和电流表的计数哪一个有明显的变化。下列关于观察到的现象及应选用的接法的叙述中，正确的是：（　　　） A、若电流表读数有明显的变化，则K应接在M点 B、若电流表读数有明显的变化，则K应接在N点 C、若电压表读数有明显的变化，则K应接在M点 D、若电压表读数有明显的变化，则K应接在N点 BC 典例分析 例3.某同学在做测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中得到如下一组U和I的数据 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 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 发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光 典例分析 （1）在下图中画出I—U图线. （2）从图线上可以看出，当小灯泡的电功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情是 。 （3）这表明导体的电阻随着温度的升高而 。 逐渐增大 增大 课堂练习 1.如图所示，在使用伏安法测量电阻Rx时，有两种电路连接方法如图中a、b所示．以下说法中正确的是（ ） A．当Rx<<RV时，用a图测量误差较小 B．当Rx<<RV时，用b图测量误差较小 C．Rx比RV小得越多，采用b图时，由于电流表分压而引起的误差越小 D．Rx比RV大得越多, 采用a图时, 由于电流表的分压而引起的误差越小 A 课堂练习 2.用伏安法测电阻，按图(甲)方法测得为R1，按图(乙)方法测得为R2，若电阻的真值为R，则有（ ） A．R1>R>R2 B．R1<R<R2 C．R>R1，R>R2 D．R<R1，R<R2 A 感谢观看 THANK YOU $$