粤教高中物理选修(3-1)实验《描绘小灯泡的伏安特性曲线》学案

2019最新粤教版高中物理选修（3-1）实验描绘小灯泡的伏安特性曲线学案学习目标定位1.会正确地选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线 ，掌握分析图线的方法.知识储备区媪故追本湖谟推阵方可乐新1 .实验原理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（UI）值，在IU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 .实验器材学生电源（4 V6 V直流）或电池组、小灯泡（“4 V 0.7 A ”或“3.8 V 0.3 A ”）、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.3 .测小灯泡伏安特性曲线的电路图：.:4I=11内接法外接法电路图JW1-卜 凡误差原因电流表的分压电压表的分流测量值和真实值的比较UmR#= = R+ RAI测测量值大于真实值U则3测=1n = 11 1I 测 I x + I V测量值小于真实值适用于测量测义填“大”或“小”)电R R 阻或RR K R(测生(填“大”或“小”)电FV R阻或RRR rF、滑动变阻器的两种接法比较接法项目限流式分压式电路组成-_I-1 -1 1- 4中y 氏；I 1变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法米用“两匚 上”的接法调压范围ER e R+ R E(不计电源内阻)QE(不计电源内阻)适用情况待测电阻的阻值 R与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求待测电阻上电压或电 流变化范围较大，且从雯开始 连续可调(2)待测电阻的阻值R 滑动变阻器的总电阻 R实验过程1 .实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值,确定电流表、电压表的量程,按图1所示的电路图连接好实物图.(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零 _)图1(2)闭合开关S,调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压 U和电流I .(3)用同样的方法测量并记录几组U和I ,填入下表.次数12345678电压U/V电流I/A(4)断开开关，整理好器材.2 .数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系.(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点.(坐标系纵轴和横轴的标度要适中 ，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑白曲线连接起来 ,就得到小灯泡的伏安特性曲线.3 .实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向槿钟弯曲的曲线.(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化.曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变火，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大4 .误差分析(1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差.(2)测量误差：测量时读数带来误差.5 .注意事项(1)因I U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值 ，因此滑动变阻器 应采用分压式接法.(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法.(3)画I U图线时纵轴、横轴的标度要适中，以使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去.占典例蓟例1有一个小灯泡上标有“4 V 2W的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线.现有下列器材供选择：A.电压表(05 V,内阻10 k Q)B.电压表(015 V,内阻20 k Q )C.电流表(03 A,内阻1 Q)D.电流表(00.6 A,内阻0.4 Q)E.滑动变阻器(10 Q ,2 A)F.滑动变阻器(500 Q ,1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干实验时，选用图2中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：甲乙图2(2)实验中所用电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用 .(用序号字母表示).(3)把图3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.图3解析因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据.因小灯泡额定电压为 4 V,则电压表选05 V的A而舍弃015 V的B,因15 V的量程太大，读 数误差大，小灯泡的额定电流I=0.5 A,则电流表只能选 D.滑动变阻器F的最大阻值远大于 小灯泡内阻 8 ，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去.小灯泡内阻为电流表内阻的总=20倍，电压表内阻是小灯泡的10：10 = 1 250倍，故0.48电流表采用了外接法.答案(1)描绘小灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E如图所示.例2某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：编P12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205在图4中画出I U图象.11 / 12图4（2）从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是 .（3）这表明小灯泡的电阻随温度的升高而 .解析 画出IU图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来逐渐靠近 U轴说明电阻增大.答案（1）见解析图（2）开始时不变，后来增大（3）增大检测学习效果体验成功快乐自我检测区要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作.已选用的器材有：电池组（电动势为4.5 V,内阻约1 ）;电流表（量程为0250 mA,内阻约5 ）;电压表（量程为03 V,内阻约3 k ）;电键一个、导线若干.（1）实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 （填字母代号）.A.滑动变阻器（最大阻值20 ，额定电流1 A）B.滑动变阻器（最大阻值1 750 ，额定电流0.3 A）（2）实验的电路图应选用下列的图 （填字母代号）.A答案（1）A（2）B解析（1）根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作”可知控制电路必定为“分压电路”，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选A., R 15R/ 3000（2）在（1）中已经明确了控制电路，继续要选择电流表的接法，题中百=5=3，而R = 7 =200,可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的外接法，综上可知B选项的电路图正确.40分钟课时作业瑁千回而后晓声，现千剑而后祝育1.（单选）用电流表和电压表测量电阻R的阻值.如图1所示，分别将图（a）和（b）两种测量电路连接到电路中，按照（a）图时，电流表示数为4.60 mA,电压表示数为2.50 V ;按照（b）图时，电流表示数为5.00 mA,电压表示数为2.30 V,比较这两次结果，正确的是（）IA.电阻的真实值更接近B.电阻的真实值更接近C.电阻的真实值更接近D.电阻的真实值更接近(a)(b)图1543 Q,且大于543Q543 Q,且小于543Q460 Q,且大于460Q460 Q,且小于460Q答案 B解析比较题图（a）、（b）的电压读数，可知AU= 0.20 V,则乎=020 =0.08;电流变化U 2.50 I 0.40 I U -、，“、AI40 mA,则丁 =病087,可见下滴，即电流变化明显一些,可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取电流表内接法，即按照（a）图所示电路测量电2.5 V阻R，R=4 60 X 10 3 A = 543 ，此法测量值偏大，因此选项B正确.2 .在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：小灯泡 L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器 R、电键S等，要求小灯泡两端电压从 0开始变化.（1）实验中滑动变阻器应采用 接法（填“分压”或“限流”）.（2）某同学已连接如图2所示的电路，在连接最后一根导线的 c端到直流电源正极之前，请指 出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正.图2答案 （1）分压(2)电键S不应1合,应处于断开状态滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端3 .图3为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5V.图3(1)完成下列实验步骤：闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片, ;闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片, ;断开开关，.根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图.答案 (1)使它靠近滑动变阻器左端的接线柱增加小灯泡两端的电压 ，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)见解析图解析 (1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡两端的电压应为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱.闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压.(2)与实物电路相应的电路图如图所示.4 .在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有:A.小灯泡：规格为“ 3.8 V 0.3 A”B.电流表：量程 00.6 A,内阻约为0.5 QC.电流表：量程 03 A,内阻约为0.1 QD.电压表：量程 05 V,内阻约为5 k QE.滑动变阻器：阻值范围010 ，额定电流2 AF.电池组：电动势 6 V,内阻约为1 QG开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从。逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选.(填器材前序号)(2)根据你选用的实验电路，将图4所示的器材连成实物电路.图4答案 (1)B(2)见解析图解析 (1)因小灯泡的额定电流为 0.3 A,为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表 选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示.5 .如图5甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U关 系曲线图.(1)为了通过测量得到如图甲所示IU关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图,简要说明理由：.(电源电压为9 V,滑动变阻器的阻值为 0100 Q)(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为 9 V,电流表读数为 70 mA,定值电阻 R=250 Q. 由热敏电阻的 IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V ;电阻R2的阻值为 Q .4 F/mA答案 (1)乙 图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压(2)5.2111.8解析 (1)图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压，从而能够得到完整的I U图线，故选图乙.(2)通过 R的电流为11 = =3 A = 36 mA,通过热敏电阻的电流12= I -I 1=(70 -36) mAR 250=34 mA,由题图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2 V,电阻 R=9-5.2334 X 10111.86 .在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：小灯泡 L, “3.8 V,0.3 A ”电压表 V,量程。5 V,内阻5 k Q电流表 A1,量程0100 mA,内阻4 Q电流表 A2,量程0500 mA,内阻0.4 Q滑动变阻器R,最大阻值10 ，额定电流1.0 A滑动变阻器 R,最大阻值5 Q,额定电流0.5 A直流电源E电动势约为6 V,内阻约为0.5 Q(1)在上述器材中，滑动变阻器应选 ;电流表应选 .(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号.(3)(双选)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I U坐标系中，描绘出如图6所示的小灯泡的伏安特性曲线.根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)()答案 (1) R A2 (2)见解析图(3)BD解析(1)本题滑动变阻器采用分压接法，通常应当选用最大阻值小的滑动变阻器 ，但本题中 如果选用 国则电路中的电流会超过 R允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择 R.电流表Ai的量程太小，故电流表应当选择 A(2)电路如图所示，由于电压要从0开始调，滑动变阻器用分压接法；因为灯 尾泡的内阻比较小,电流表用外接法.储一(3)随着通过小灯泡电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增 ，y-2y八大，由P=m知B图正确，由P= I R知D图正确. R7 .在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中 ，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图7所 示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零.闭合开关后：图7(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是 导线断路.(2)(双选)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图8中的(a)、(b)、(c)所示，下列说法正确的是()图8A. a可以作为标准电阻使用B. b能作为标准电阻使用C. b的阻值随电压升高而增大D. c的阻值随电压升高而增大答案(1) g (2)AC解析 (1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路.(2)因a元件的I U线是直线，说明电阻不随电压的变化而变化，故可作为标准电阻，故A又,B 错.因IU线上的点与原点的连线的斜率倒数表示电阻值，故CX1D错.选A C.15 / 12