高中物理 第二章 直流電路 第4講 學(xué)生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 教科版選修3-1

1、第4講 學(xué)生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線目標(biāo)定位1.會正確選擇實驗器材和實驗電路.2.描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法一、實驗原理1實驗方法原理由于燈絲的電阻率隨溫度的升高而增大，因此燈絲的電阻隨溫度的升高而增大由R得，在IU坐標(biāo)系中，圖線上點與原點連線的斜率等于電阻的倒數(shù)，故畫出的小燈泡的IU圖線為曲線2實驗電路選擇原理(1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表的分壓電壓表的分流測量值和真實值的比較R測RRA測量值大于真實值R測測量值小于真實值適用于測量測大電阻或測小電阻或兩種電路的選擇：阻值比較法：當(dāng)時，選用電流表外接法；當(dāng)時，選用電流表內(nèi)接法臨界值計

2、算法：當(dāng)R時，用電流表外接法；當(dāng)R時，用電流表內(nèi)接法(2)滑動變阻器的兩種接法比較接法項目限流式分壓式電路組成變阻器接入電路的特點采用“一上一下”的接法采用“兩下一上”的接法調(diào)壓范圍UU0U適用情況負(fù)載電阻的阻值R與滑動變阻器的總電阻R0相差不多，或R0稍大，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起(1)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)(2)負(fù)載電阻的阻值R遠(yuǎn)大于滑動變阻器的總電阻R0二、實驗器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙三、實驗過程1實驗步驟(1)根據(jù)小燈泡上所

3、標(biāo)的額定值，確定電流表、電壓表的量程，在方框中畫出實驗的電路圖，并按電路圖連接好實物圖(2)閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I.(3)用同樣的方法測量并記錄幾組U和I，填入下表.次數(shù)12345678電壓U/V電流I/A(4)斷開開關(guān)，整理好器材2數(shù)據(jù)處理(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標(biāo)系(2)在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜)(3)將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線3實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析(1)結(jié)果：描繪出的小燈泡的伏安特性曲線不是直線，而是曲

4、線(2)分析：曲線的斜率變小，即電阻變大，說明小燈泡的電阻隨溫度升高而增大4誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差(2)測量誤差：測量時讀數(shù)帶來誤差(3)作圖誤差：在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差5注意事項(1)本實驗要作IU圖線，要求測出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法(2)由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法(3)畫IU圖線時縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，以所描繪圖線占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜，不要畫成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對個別偏離較遠(yuǎn)的點應(yīng)舍去例圖1為“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為

5、3 V.圖1(1)在方框圖中畫出與實物電路相應(yīng)的電路圖 (2)完成下列實驗步驟：閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，應(yīng)停留在滑動變阻器_端；(選填“左”或“右”)閉合開關(guān)后，逐漸移動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓；記錄如下一組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖2中作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線.編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205燈光發(fā)光情況不亮 微亮 逐漸變亮 正常發(fā)光圖2(3)數(shù)據(jù)分析：從圖線上可

6、以得出，當(dāng)電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是_ _圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而_小燈泡正常工作時的電阻約為_(保留小數(shù)點后一位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)實物電路作出電路圖如下：(2)為保護(hù)電路安全，開關(guān)閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于左端根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的IU圖線(3)從圖線上可以得出，當(dāng)電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大根據(jù)IU圖線得當(dāng)燈泡兩端電壓U3 V時，I0.205 A，所以小燈泡正常工作時的電阻約為R 14.6 .答案(1)見解析圖(2)左見解析圖(3)先不變，后逐漸增大增大14.61在“描繪小燈泡的伏安特性曲

7、線”的實驗中，可供選擇的實驗儀器如下：小燈泡L(“3.8 V0.3 A”)電壓表V(量程05 V，內(nèi)阻5 k)電流表A1(量程0100 mA，內(nèi)阻4 )電流表A2(量程0500 mA，內(nèi)阻0.4 )滑動變阻器R1(最大阻值10 ，額定電流1.0 A)滑動變阻器R2(最大阻值500 ，額定電流0.5 A)直流電源E，約為6 V(1)在上述器材中，滑動變阻器應(yīng)選_；電流表應(yīng)選_(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗的電路圖，并在圖中注明各元件的符號答案(1)R1A2(2)電路圖見解析圖解析(1)本題變壓器采用分壓式接法，通常應(yīng)當(dāng)選用最大阻值較小的滑動變阻器，故滑動變阻器應(yīng)選R1.電流表A1的量程太小，故電流表應(yīng)

8、選A2.(2)電路圖如圖所示，由于電壓要從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器用分壓式接法；因為燈泡的電阻比較小，電流表用外接法2一個小燈泡上標(biāo)有“4 V2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的IU圖線現(xiàn)有下列器材供選擇：A電壓表(05 V，內(nèi)阻10 k)B電壓表(015 V，內(nèi)阻20 k)C電流表(03 A，內(nèi)阻1 )D電流表(00.6 A，內(nèi)阻0.4 )E滑動變阻器(10 ，2 A)F滑動變阻器(500 ，1 A)G電源(直流6 V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干圖3(1)實驗時，選用圖3中_電路圖來完成實驗，請說明理由：_ _.(2)實驗中所用電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_(用字母序號表示)(3)

9、把圖4所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖圖4答案(1)甲描繪燈泡的IU圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如圖所示解析因?qū)嶒災(zāi)康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線，需要多次改變小燈泡兩端的電壓，故采用圖甲所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零開始調(diào)節(jié)，且能方便地測多組數(shù)據(jù)因小燈泡額定電壓為4 V，則電壓表選量程為05 V的A而舍棄量程為015 V的B，因15 V的量程太大，讀數(shù)誤差大，小燈泡的額定電流I0.5 A，則電流表只能選D.滑動變阻器F的最大阻值遠(yuǎn)大于小燈泡內(nèi)阻8 ，調(diào)節(jié)不方便，電壓變化與滑動變阻器使用部分的長度線性關(guān)系差，故舍去小燈泡內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻的20倍，電壓表

10、內(nèi)阻是小燈泡內(nèi)阻的1 250倍，故電流表采用外接法.1在圖1中，甲、乙兩圖分別為測燈泡電阻R的電路圖，下列說法不正確的是()圖1A甲圖的接法叫電流表外接法，乙圖的接法叫電流表內(nèi)接法B甲中R測R真，乙中R測R真C甲中誤差由電壓表分流引起，為了減小誤差，應(yīng)使RRV，故此法測小電阻好D乙中誤差由電流表分壓引起，為了減小誤差，應(yīng)使RRA，故此法測大電阻好答案B解析題圖甲采用電流表外接法，題圖乙采用電流表內(nèi)接法，A正確題圖甲由于電壓表的分流導(dǎo)致電流的測量值偏大，由R可知，R測R真；R越小，電壓表分流越小，誤差越小，因此這種接法適合測小電阻題圖乙由于電流表的分壓導(dǎo)致電壓的測量值偏大由R可知，R測R真；R越

11、大，電流表的分壓越小，誤差越小，因此這種接法適用于測大電阻，B錯誤，C、D正確故選B.2用伏安法測電阻，當(dāng)被測電阻的阻值不能估計時，可采用試接的辦法，如圖2所示，讓電壓表一端接在電路上a點，另一端先后接到b點和c點注意觀察兩個電表的示數(shù)，若電流表的示數(shù)有顯著變化，則待測電阻的阻值跟_表的內(nèi)阻可比擬，電壓表的兩端應(yīng)接在a和_兩點若電壓表的示數(shù)有顯著變化，則待測電阻的阻值跟 _表的內(nèi)阻可比擬，電壓表應(yīng)接在a和_兩點圖2答案電壓c電流b解析若電流表示數(shù)變化明顯，說明電壓表的分流作用較大，即說明電壓表的內(nèi)阻不是很大，則待測電阻的阻值跟電壓表的內(nèi)阻可比擬，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，即電壓表的兩端應(yīng)接在a和c兩

12、點；若電壓表示數(shù)變化明顯，說明電流表的分壓作用較明顯，即電流表的內(nèi)阻與待測電阻可比擬，應(yīng)采用電流表的外接法，即電壓表應(yīng)接在a、b兩點3圖3甲是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖圖3(1)根據(jù)圖甲畫出實驗電路圖(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖乙中的、所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V所示讀數(shù)為：_、_、_、_兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_答案(1)(2)0.10 A0.24 A2.00 V0.27 V(8.30.1)(2.70.1)(后兩空答案可互換)解析(1)根據(jù)實物圖畫出電路圖如圖(2)由實物圖可知，電流表接的是0.6 A的量程，電壓

13、表接的是3 V的量程，因此的讀數(shù)為0.02 A50.10 A，的讀數(shù)為0.02 A120.24 A，的讀數(shù)為0.1 V20.02.00 V，的讀數(shù)為0.1 V2.70.27 V.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻R1 8.3 ，R2 2.7 .4在探究小燈泡的伏安特性曲線的實驗中，所用器材有：燈泡L、量程恰當(dāng)?shù)碾娏鞅鞟和電壓表V、直流電源E、滑動變阻器R、開關(guān)S等，要求燈泡兩端電壓從0開始變化(1)實驗中滑動變阻器應(yīng)采用_(選填“分壓式”或“限流式”)接法(2)某同學(xué)已連接如圖4所示的電路，在連接最后一根導(dǎo)線的c端到直流電源正極之前，請指出其中僅有的2個不當(dāng)之處，并說明如何改正圖4_._.答案(1)分壓式(2

14、)開關(guān)S不應(yīng)閉合，應(yīng)處于斷開狀態(tài)滑動變阻器滑動觸頭P位置不當(dāng)，應(yīng)將其置于a端5某學(xué)習(xí)小組通過實驗來研究電器元件Z的伏安特性曲線他們在實驗中測得電器元件Z兩端的電壓與通過它的電流的數(shù)據(jù)如表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215現(xiàn)備有下列器材：A6 V電源；B量程為03 A的內(nèi)阻可忽略的電流表；C量程為00.3 A的內(nèi)阻可忽略的電流表；D量程為03 V的內(nèi)阻很大的電壓表；E阻值為010 ，額定電流為3 A的滑動變阻器；F開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)這個學(xué)習(xí)小組在實驗中電流表應(yīng)選_(填器材前面的字母)(2)請你從下面的實驗電路圖中選出最合理的一個_(3)利用表格中數(shù)據(jù)繪出的電器元件Z的伏安特性曲線，如圖5所示，分析曲線可知該電器元件Z的電阻隨U變大而_(選填“變大”、“變小”或“不變”)；圖5(4)若把電器元件Z接入如圖6所示的電路中時，理想電流表的讀數(shù)為0.150 A，已知A、B兩端電壓恒為2 V，則定值電阻R0阻值為_ .(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖6答案(1)C(2)D(3)變大(4)6.7解析(1)由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電流最大測量值為0