歐姆定律描繪小燈泡的伏安特性曲線

選修3－1

第二章恒定電流第三節(jié)歐姆定律一、問題

我們從初中已經(jīng)知道，影響電流的因素是電壓和電阻，那么電流與電壓、電阻之間究竟是什么關(guān)系呢？二、實(shí)驗(yàn)1.思考與討論：這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？測(cè)量對(duì)象：導(dǎo)體（電阻）測(cè)量電流、電壓：電壓表和電流表獲得持續(xù)電流：電源（干電池或?qū)W生電源）電路的連接與斷開：開關(guān)（電鍵）改變電路中的電流與電壓：滑動(dòng)變阻器連接電路：導(dǎo)線若干

2.思考與討論：怎樣合理編排實(shí)驗(yàn)步驟？

（1）按電路圖連接線路注意：電流表的正負(fù)極性與電源的正負(fù)極性是否一致；線頭連接一定要接在接線柱上；電鍵接入電路時(shí)必須斷開。

（2）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使測(cè)量電路的電壓為零（電路圖中的最左端）。AVRARES

（3）將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，閉合電鍵，讀出電壓表和電流表的值，并記錄在表格中。注意：滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)，使測(cè)量電路中的電流從小到大地變化

（4）重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（3），測(cè)出多組電壓、電流的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中注意：每次讀出電壓表、電流表的讀數(shù)后斷開開關(guān)

（5）更換另一導(dǎo)體（電阻）B代替導(dǎo)體（電阻）A，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，又可得到關(guān)于導(dǎo)體（電阻）B的多組數(shù)據(jù)。

（6）觀察和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.思考與討論：怎樣設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格？表1：導(dǎo)體A實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電壓U/V電流I/A表2：導(dǎo)體B實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電壓U/V電流I/A設(shè)某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下：表1：導(dǎo)體A實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電壓U/V0.501.001.502.002.50電流I/A0.100.200.300.400.50表2：導(dǎo)體B實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電壓U/V0.501.001.502.002.50電流I/A0.050.100.150.200.255.思考與討論：怎樣處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？U/VI/A0U/VI/A0AB6.思考與討論：你能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論嗎？

通過導(dǎo)體（電阻）的電流與導(dǎo)體（電阻）兩端的電壓成正比。

即：對(duì)同一導(dǎo)體（電阻）不管電流、電壓怎樣變化，電壓與電流的比值是一個(gè)常數(shù)：1.討論：

（1）比值R與導(dǎo)體兩端的電壓及通過導(dǎo)體的電流無關(guān)。只與導(dǎo)體本身的性質(zhì)有關(guān)。（2）不同導(dǎo)體的比值R不同。在電壓相同時(shí)，比值R越大的導(dǎo)體電流越小。（3）比值R反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用

2.導(dǎo)體的電阻

（1）定義：導(dǎo)體兩端的電壓U及通過導(dǎo)體的電流I的比值：（2）定義式：

（3）意義：反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用

（4）單位：歐姆，簡(jiǎn)稱歐，符號(hào)：Ω。常用的單位千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。

（5）注意：①對(duì)于給定導(dǎo)體，R是一定的，不存在R與U成正比，與I成反比的關(guān)系，R只跟導(dǎo)體本身的性質(zhì)有關(guān)②這個(gè)定義式子給出了測(cè)量電阻的方法——伏安法。

（6）例題：例1：電路中有一段導(dǎo)體，給它加上3V的電壓時(shí)，通過它的電流為2mA，可知這段導(dǎo)體的電阻為______Ω；如果給它加上2V的電壓，則通過它的電流為______mA；如果在它兩端不加電壓，它的電阻為______Ω。

答案：1500Ω、1.33mA、1500Ω1、定義：導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩的端電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。2、定義式：3、適用條件：金屬導(dǎo)體和電解液導(dǎo)體，而對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體不適用。三、歐姆定律

（4）例題：對(duì)于歐姆定律，理解正確的是（）

A.從I=U/R可知，導(dǎo)體中的電流跟加在它兩端的電壓成正比，跟它的電阻成反比

B.從R=U/I可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比

C.從U=IR

可知，導(dǎo)體兩端的電壓隨電阻的增大而增大

D.從R=U/I可知，導(dǎo)體兩端的電壓為零時(shí)，導(dǎo)體的電阻也為零A四、導(dǎo)體的伏安特性曲線

1.定義：用縱坐標(biāo)表示電流I，橫坐標(biāo)表示電壓U，這樣畫出的I－U圖象叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。2.線性元件的伏安特性曲線：

（1）在金屬導(dǎo)體（或電解液）中，電流跟電壓成正比，所以金屬導(dǎo)體（或電解液）的伏安特性曲線是過原點(diǎn)的一條直線如圖所示．UIOBA

（2）該直線的斜率k=I/U=1/R，即電阻的倒數(shù)。導(dǎo)體的電阻越大，其斜率越小。（3）導(dǎo)體的伏安特性曲線是過原點(diǎn)的直線，就稱電阻為“線性元件”。電阻為“線性電阻”。UIOBA

3.非線性元件的伏安特性曲線（1）在氣態(tài)導(dǎo)電和半導(dǎo)體中，電流與電壓不成正比，伏安特性曲線是一條曲線，如圖所示的是晶體二極管的安特性曲線。正向電壓/V反向電壓/V0.520402010100200300

（2）你能根據(jù)這條曲線說出通過二極管的電流與二極管兩端電壓的關(guān)系嗎？

（3）例題：例3：一個(gè)小燈泡當(dāng)它兩端的電壓在3V以下時(shí)電阻大略等于14Ω不變；當(dāng)它兩端電壓增大到4V時(shí)，鎢絲溫度明顯升高，它的電阻為16Ω；當(dāng)電壓增大到5V時(shí)，它的電阻為20Ω。它在0~5V范圍內(nèi)的伏安特性曲線大概是怎樣的？請(qǐng)畫出伏安特性曲線。0.05U/V1234500.100.150.200.250.30I/A

例4：小燈泡的伏安特性曲線如上右圖中的AB段（曲線）所示，由圖可知，燈絲的電阻因溫度的影響改變了________Ω。U/VI/10-1A3600.51.01.5AB答案：10Ω

例5：在圖的電路中，電源電壓恒為3.0V，L1、L2、L3為3個(gè)相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖所示。當(dāng)開關(guān)閉合后，下列判斷正確的是（）

A.燈泡L1的電阻為12Ω.B.燈泡L2、L3的電阻均為12Ω.C.燈泡L2、L3的電阻均為7.5Ω.D.通過燈泡L1的電流為燈泡L2電流的2倍.3.0VL1L2L30.05U/V0.500.100.150.200.250.30I/A1.01.52.02.53.03.5AC

例6．某同學(xué)研究三種導(dǎo)電元件的伏安特性，他根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別繪制了I-U圖線，如圖所示，下列說法正確的是（）

A．圖（1）的元件可以作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用

B．圖（2）的阻值隨電壓升高而增大

C．圖（3）的阻值隨電壓升高而增大

D．只有圖（2）才是可能的。AB四、實(shí)驗(yàn)：測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律。

2.實(shí)驗(yàn)原理：用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓，用電流表測(cè)出通過小燈泡的電流，測(cè)出多組數(shù)據(jù)，在I－U圖象上描點(diǎn)，作出小燈泡的伏安特性曲線。

3.實(shí)驗(yàn)器材：小燈泡、電流表（0~0.6A）、電壓表（0~3V）、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)電流表電壓表的讀數(shù)1、凡最小分度值是以“1”為單位的.有效數(shù)字的末位都在精度的下一位，即需要估讀，若無估讀，則在精度的下一位補(bǔ)“0”0123A讀數(shù)：0.70A0123V讀數(shù)：2.40V2、凡最小分度值是2個(gè)單位的，有效數(shù)字的末位就是精度的同一位（含估讀數(shù)）。讀數(shù)只能估讀最小分度半小格為宜，將最小分度分為二等分，稱為“二分之一估讀”。比如用0~0.6安量程，其精度為0.02安，說明測(cè)量時(shí)只能準(zhǔn)確到0.02安。

00.20.40.6A讀數(shù)：0.14A讀數(shù)：0.37A00.20.40.6A如圖所示安培表指針位置，若用0-0.6A量程時(shí)，讀數(shù)為0.32A3、凡最小分度值是5個(gè)單位的，有效數(shù)字的末位就是精度的同一位（含估讀數(shù)）。讀數(shù)只能估讀最小分度1/5小格為宜，將最小分度分為五等分，稱為“五分之一估讀”。如當(dāng)電壓表在15伏檔位，表盤的最小分度值為0.5伏／格。如圖所示伏特表指針位置，若用0-15V量程時(shí)，讀數(shù)為12.5V。051015V讀數(shù)：10.5V051015V讀數(shù)：9.5V4.實(shí)驗(yàn)電路圖：AVLRES

（2）后接供電電路：注意：把電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器的下面兩個(gè)接線柱串聯(lián)起來滑動(dòng)變阻器采用分壓接法（為什么？）開關(guān)接入時(shí)，一定要注意打開狀態(tài)

（3）連接用電電路和供電電路注意：電源的正負(fù)極與電表的正負(fù)極要一致。

5.電路的連接：（1）先接用電電路：注意：電流表用外接（為什么？）電表的正負(fù)極性用電電路供電電路

例題6．為研究小燈泡的伏安曲線的特性，選用小燈泡額定值為“3.0V，0.4A”，實(shí)驗(yàn)中有儀器：電流表、電壓表、開關(guān)、導(dǎo)線若干外；還需要________、__________。（1）根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，通過查資料、與同學(xué)討論思考后回答下列問題：實(shí)驗(yàn)中用兩電表測(cè)量小燈泡兩端的電壓和流過小燈泡的電流時(shí)，電路怎樣連接才能使測(cè)得燈泡的電阻誤差較小?為什么?

（2）為使加在小燈泡的電壓從零開始，能在較大的范圍調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用怎樣連接?滑動(dòng)變阻器電源電流表外接法滑動(dòng)變阻器分壓接法（3）在方框內(nèi)畫出相關(guān)的電路圖。

AVLRES

（4）為使讀數(shù)誤差盡可能小，電壓表的量程應(yīng)選用________檔，電流表的量程應(yīng)選用_______檔，為保證實(shí)驗(yàn)安全，測(cè)量范圍不能超過_______V和_____A，開始做實(shí)驗(yàn)閉合S前，在上電路圖中應(yīng)把變阻器滑動(dòng)片P移到________端。0~3V0~0.6A30.4最左端

（5）請(qǐng)根據(jù)你畫的電路圖，把圖中的實(shí)驗(yàn)器材連成符合要求的實(shí)驗(yàn)電路。

（6）若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得某一小燈泡的電流強(qiáng)度和電壓之值如下表，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出I-U圖線，該小燈泡的電阻有何特征?并從中分析其主要原因。I/A0.100.200.260.300.360.400.440.480.520.56U/V0.050.140.210.300.480.701.021.481.962.50I/AU/V0（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：描繪出的圖線是一條

線。它的斜率隨電壓的增而

，這表明小燈泡的電阻隨電壓（溫度）升高而

。