2024-2025學(xué)年高中物理第2章恒定電流實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案新人教版選修3-1

PAGE10-試驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[科學(xué)探究]描繪小燈泡的伏安特性曲線。2.[科學(xué)思維]分析伏安特性曲線的變更規(guī)律。3.[科學(xué)方法]會正確選擇試驗器材和試驗電路。4.[科學(xué)方法]駕馭分析圖線的方法，正確進行數(shù)據(jù)處理。一、試驗原理和方法1．用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在I-U坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點，用一條平滑的曲線將這些點連接起來。2．據(jù)歐姆定律可知，在電阻不變的純電阻電路中，電流I與電阻R兩端的電壓U成正比，即I＝eq\f(U,R)，其I-U圖線是一條過原點的直線。由于小燈泡的電阻隨著溫度的上升而增大，故小燈泡的伏安特性曲線應(yīng)為曲線。3．由于小燈泡的電阻很小，當(dāng)它與電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大，為減小試驗誤差，應(yīng)采納電流表“外接法”。二、試驗器材小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、直流電源、開關(guān)、導(dǎo)線。三、試驗步驟1．確定電流表、電壓表的量程，采納電流表外接法，滑動變阻器采納分壓式接法，按圖中的原理圖連接好試驗電路。2．把滑動變阻器的滑片調(diào)整到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S。3．移動滑動變阻器滑片位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開開關(guān)S。U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.62.02.42.83.23.63.8I(A)4.拆除電路，整理儀器。四、數(shù)據(jù)處理1．在坐標(biāo)紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標(biāo)系。2．在坐標(biāo)紙上描出各組數(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。五、誤差分析1．由于電壓表、電流表不是志向電表，電表內(nèi)阻對電路的影響會帶來誤差。2．電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差，要嚴(yán)格依據(jù)讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)。3．在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來操作誤差。六、留意事項1．電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采納外接法：因為小燈泡的電阻很小，與0～0.6A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大。(2)滑動變阻器應(yīng)采納分壓式連接：目的是使小燈泡兩端的電壓能從零起先連續(xù)變更。2．閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小燈泡分得電壓為零的一端，使開關(guān)閉合時小燈泡的電壓從零起先變更，同時也是為了防止開關(guān)剛閉合時因小燈泡兩端電壓過大而燒壞燈絲。3．I-U圖線在U0＝1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U＝1.0V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差。4．當(dāng)小燈泡的電壓接近額定值時要緩慢增加，到額定值記錄I后立刻斷開開關(guān)。5．誤差較大的點要舍去，I-U圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線?！纠?】有一個小燈泡上標(biāo)有“4V2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的I-U圖線。現(xiàn)有下列器材供選擇：A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ)B．電壓表(0～15V，內(nèi)阻20kΩ)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻1Ω)D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.4Ω)E．滑動變阻器(10Ω，2A)F．滑動變阻器(500Ω，1A)G．學(xué)生電源(直流6V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)試驗時，選用圖甲而不選用圖乙的電路圖來完成試驗，請說明理由：。甲乙(2)試驗中所用電壓表應(yīng)選用，電流表應(yīng)選用，滑動變阻器應(yīng)選用。(用序號字母表示)(3)把圖中所示的試驗器材用實線連接成實物電路圖。[解析]因試驗?zāi)康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線，須要多次變更小燈泡兩端的電壓，故采納甲圖所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零起先調(diào)整，且能便利地測多組數(shù)據(jù)。因小燈泡額定電壓為4V，則電壓表選0～5V的A而舍棄0～15V的B，因15V的量程太大，讀數(shù)誤差大。小燈泡的額定電流I＝0.5A，則電流表應(yīng)選D?；瑒幼冏杵鲬?yīng)選用阻值小的滑動變阻器E。小燈泡內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻的eq\f(8,0.4)＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡內(nèi)阻的eq\f(10×103,8)＝1250倍，故電流表采納了外接法。[答案](1)描繪小燈泡的I-U圖線所測數(shù)據(jù)需從零起先，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如圖所示描繪小燈泡的伏安特性曲線的三點留意(1)依據(jù)題目要求明確變阻器采納分壓接法還是限流接法，測量電路采納電流表外接法。(2)選擇電表量程時，在不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉(zhuǎn)eq\f(1,3)至eq\f(2,3)量程之間。(3)電流表、電壓表連線時，留意電流從正接線柱流入，從負接線柱流出?！纠?】某同學(xué)用如圖所示電路，測繪標(biāo)有“3.8V0.3A”的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變更的圖象。(1)除了導(dǎo)線和開關(guān)外，有以下一些器材可供選擇：電流表：A1(量程100mA，內(nèi)阻約2Ω)；A2(量程0.6A，內(nèi)阻約0.3Ω)；電壓表：V1(量程5V，內(nèi)阻約5kΩ)；V2(量程15V，內(nèi)阻約15kΩ)；滑動變阻器：R1(阻值范圍0～10Ω)；R2(阻值范圍0～2kΩ)；電源：E1(電動勢為1.5V，內(nèi)阻約為0.2Ω)；E2(電動勢為4V，內(nèi)阻約為0.04Ω)。為了調(diào)整便利，測量精確，試驗中應(yīng)選用電流表，電壓表，滑動變阻器，電源。(填器材符號)(2)在圖中用筆畫線代替導(dǎo)線，把試驗儀器連接成完整的試驗電路。(3)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，計算并描繪出R-U的圖象如圖所示。由圖象可知，此小燈泡在不工作時，燈絲電阻為Ω；當(dāng)所加電壓為3V時，燈絲電阻為Ω。[解析](1)電源的電動勢要略大于額定電壓，所以電源應(yīng)選E2；由小燈泡的標(biāo)稱值知其額定電流為0.3A，所以選用的電流表的量程應(yīng)略大于0.3A，故電流表應(yīng)選A2；為減小讀數(shù)誤差，在電壓表量程滿意條件的前提下，應(yīng)盡量選擇小量程的電壓表，故電壓表應(yīng)選V1；為了調(diào)整電壓便利，應(yīng)選擇小阻值的滑動變阻器，故滑動變阻器應(yīng)選R1.(2)依據(jù)試驗原理圖，將實物圖連接，其試驗電路如圖所示。(3)小燈泡不工作時的電阻，即其兩端電壓為零的阻值，由題給出的R-U圖象可以看出，當(dāng)小燈泡兩端電壓為0時所對應(yīng)的阻值為1.5Ω；由R-U圖象可以看出，當(dāng)小燈泡兩端的電壓為3V時，所對應(yīng)的阻值為11.5Ω。[答案](1)A2V1R1E2(2)見解析圖(3)1.511.5(1)儀器選擇的一般依次是先易后難。首先確定出必需運用而又不必選擇的儀器，然后以其為突破口，依據(jù)電路要求和電路計算，選擇出電源、滑動變阻器、電流表、電壓表以及合理的量程。(2)待測電阻的額定電流、額定電壓(估算值)是選擇合適量程的電流表和電壓表的重要依據(jù)。(3)如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿意試驗要求的狀況下，還要考慮阻值大小對試驗操作中是否調(diào)整便利的影響，一般來說假如是限流法選定比待測電阻大幾倍的滑動變阻器，假如是分壓法選定阻值小的滑動變阻器。1．(多選)在“測繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，某試驗小組得到了如圖所示的圖線。依據(jù)圖線推斷下列說法正確的是()A．流過燈泡的電流與燈泡兩端的電壓成非線性關(guān)系B．若燈泡兩端的電壓增加為原來的兩倍，則流過燈泡的電流也增加為原來的兩倍C．圖線上某點的電阻在數(shù)值上等于該點切線的斜率D．當(dāng)燈泡兩端的電壓U＝2.4V時，燈泡的電阻約為5.4ΩAD[由圖可知，燈泡電壓和電流不是直線正比規(guī)律，故說明流過燈泡的電流與燈泡兩端的電壓成非線性關(guān)系，故A正確；由圖可知，電流并不是與電壓成正比，故若燈泡兩端的電壓增加為原來的兩倍，則流過燈泡的電流不會增加為原來的兩倍，故B錯誤；因圖線不是過原點的直線，電阻為某點與原點連線的斜率，故C錯誤；由圖可知，當(dāng)電壓為2.4V時，電流I＝0.44A，則電阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(2.4,0.44)Ω＝5.4Ω，故D正確。]2．如圖所示為“測繪小燈泡伏安特性曲線”試驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5V。(1)完成下列試驗步驟：①閉合開關(guān)前，調(diào)整滑動變阻器的滑片，；②閉合開關(guān)后，漸漸移動變阻器的滑片，；③斷開開關(guān)，……依據(jù)試驗數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。(2)在虛線框中畫出與實物電路相應(yīng)的電路圖。[解析](1)滑動變阻器為分壓式接法，故閉合開關(guān)前，燈泡兩端的電壓為零，調(diào)整滑動變阻器的滑片，使它靠近滑動變阻器左端的接線柱。閉合開關(guān)后，漸漸移動滑動變阻器的滑片，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)，直至電壓達到額定電壓。(2)與實物電路相應(yīng)的電路圖如圖所示。[答案](1)①使它靠近滑動變阻器左端的接線柱②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)，直至電壓達到其額定電壓(2)見解析圖3．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，試驗室供應(yīng)了小燈泡“2.5V0.5A”、電流表、電壓表以及滑動變阻器等試驗器材：甲乙(1)圖甲為試驗中某同學(xué)連接好的試驗電路圖，在開關(guān)S閉合后，把滑動片P從A向B端移動過程中會視察到電壓表讀數(shù)變(選填“大”或“小”)。(2)某同學(xué)由測出的數(shù)據(jù)畫出I-U圖象，如圖乙所示，當(dāng)小燈泡兩端電壓為1.6V時，小燈泡的電阻值R＝Ω，此時小燈泡的實際功率P＝W。[解析](1)由圖示電路圖可知，在開關(guān)S閉合之前，應(yīng)把滑動變阻器的滑動片P移到A端；試驗中滑動片P從A向B端移動過程中會視察到電壓表讀數(shù)變大。(2)由圖象可知，當(dāng)U＝1.6V時，對應(yīng)的電流為I＝0.40A，則小燈泡的電阻值為R＝eq\f(U,I)＝eq\f(1.6,0.40)Ω＝4.0Ω燈泡的實際功率為：P＝UI＝1.6×0.40W＝0.64W。[答案](1)大(2)4或4.00.644．某同學(xué)在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，得到如下表所示的一組U-I數(shù)據(jù)：編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)試在圖上畫出U-I圖線(2)當(dāng)U<1.40V時，燈絲電壓與電流成比，燈絲電阻；當(dāng)U>1.40V時，燈絲的溫度漸漸上升，其電阻隨溫度上升而。[解析](1)依據(jù)給出的坐標(biāo)紙建立坐標(biāo)，然后描點。用平滑的曲線連接，如圖所示。(2)從圖象得到，當(dāng)U<1.40V時，燈泡電壓與電流成正比，燈絲電阻不變；當(dāng)U>1.40V時，由U-I圖線可知，圖線斜率漸漸增大，故其電阻隨溫度的上升而增大。[答案](1)見解析圖(2)正不變增大5．某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8V0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W(xué)選用的器材除了開關(guān)、導(dǎo)線外，還有：電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻等于3kΩ)電壓表V2(量程0～15V，內(nèi)阻等于15kΩ)電流表A1(量程0～200mA，內(nèi)阻等于10Ω)電流表A2(量程0～3A，內(nèi)阻等于0.1Ω)滑動變阻器R1(0～10Ω，額定電流2A)滑動變阻器R2(0～1kΩ，額定電流0.5A)定值電阻R3(阻值等于1Ω)定值電阻R4(阻值等于10Ω)定值電阻R5(阻值等于1kΩ)電源E(E＝6V，內(nèi)阻不計)(1)請畫出試驗電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號旁。(2)該同學(xué)描繪出的I-U圖象應(yīng)是。ABCD[解析](1)電壓表V1和定值電阻R5串聯(lián)，可改裝成量程為0～4V的電壓表，電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)，可改裝成量程為0～0.4A的電流表，待測小燈泡的電阻很小，故電流表采納外接法，如圖所示。(2)小燈泡的電阻隨著溫度的上升而變大，所以B正確。[答案](1)見解析圖(2)B6．某試驗小組的同學(xué)在學(xué)校試驗室中發(fā)覺一電學(xué)元件，該電學(xué)元件上標(biāo)有“最大電流不超過6mA，最大電壓不超過7V”，同學(xué)們想通過試驗描繪出該電學(xué)元件的伏安特性曲線，他們設(shè)計的一部分電路如圖所示，圖中定值電阻R＝1kΩ，用于限流；電流表量程為10mA，內(nèi)阻約為5Ω；電壓表(未畫出)量程為10V，內(nèi)阻約為10kΩ；電源電動勢E為12V，內(nèi)阻不計，滑