2019-2020年高中物理第二章第5讲实验描绘小灯泡的伏安特性曲线教学案新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理第二章第5讲实验描绘小灯泡的伏安特性曲线教学案新人教版选修3-1目标定位1.会正确选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法1实验原理由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升高而增大，因此灯丝的电阻随温度的升高而增大由R得，在IU坐标系中，图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，故画出的小灯泡的IU图线为曲线2实验器材学生电源(46 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸3在方框中画出小灯泡伏安特性曲线的电路图想一想小灯泡的伏安特性曲线是向上弯曲的还是向下弯曲的？答案因为灯泡的电阻随温度的升高而增大，又因为图线的斜率表示小灯泡电阻的倒数，所以小灯泡的伏安特性曲线是向下弯曲的曲线.一、探究实验原理1电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图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R测RxRA测量值大于真实值R测测量值小于真实值适用于测量测大电阻，或测小电阻或2.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变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法续表调压范围U0U适用情况负载电阻的阻值Rx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)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R二、实验过程1实验步骤图251(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251所示的电路图连接好实物图(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)将描出的点用平滑的曲线连接起来，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，而是向横轴弯曲的曲线(2)分析：曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，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(3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差5注意事项(1)本实验要作IU图线，要求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IU图线时纵轴、横轴的标度要适中，以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，对个别偏离较远的点应舍去典例分析例1有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”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用：A电压表(05 V，内阻10 k) B电压表(015 V，内阻20 k)C电流表(03 A，内阻1 ) D电流表(00.6 A，内阻0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A) F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干图252(1)实验时，选用图252中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_.(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)(3)把图253中所示的实验器材用实线连接成实物电路图图253答案(1)描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如下图所示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，故采用图甲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I0.5 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20倍，电压表内阻是小灯泡的1 250倍，故电流表采用了外接法例2某同学在做“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：编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在图254中画出IU图象图254(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_答案(1)IU图象见解析图(2)开始时不变，后来增大(3)增大解析画出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(时间：60分钟)1在图255中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确的是()图255A甲图的接法叫电流表外接法，乙图的接法叫电流表内接法B甲中R测R真，乙中R测R真C甲中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应使RRV，故此法测较小电阻好D乙中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使RRA，故此法测较大电阻好答案B解析甲图叫做电流表的外接，乙图叫做电流表的内接，A正确；甲图由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由R可知，R测R真；R越小，电压表分流越小，误差越小，因此这种接法适合测小电阻；乙图由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大由R得R测R真，R越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，B错误；C、D正确；故选B.图2562伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图256所示，让电压表一端接在电路上a点，另一端先后接到b点和c点注意观察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表的两端应接在a和_点若电压表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟 _表的内阻可比拟，电压表应接在a和_两点答案电压c电流b解析若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，即说明电压表的内阻不是很大，则待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采用电流表内接法，即电压表的两端应接在a和c之间；若电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用较明显，即电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采用电流表的外接法，即电压表应接在a、b之间3LED发光二极管具有体积小、亮度高、能耗低、寿命长等诸多优点，被人们誉为本世纪的新型光源，已广泛应用到电脑、手机等电子产品中有一种LED手灯就是用几个发光二极管并联后作为光源使用的，其发光效率很高它在正常工作时，正向电压约2.8 V，电流在10 mA左右现取这样一只发光二极管(电路符号可用表示)，测量它的伏安特性，提供的实验器材如下：A电源E(电动势为4 V，内阻约为2 )B滑动变阻器R0(阻值02 )C电流表A1(量程15 mA，内阻约为10 )D电流表A2(量程0.6 A，内阻约为5 )E电压表V1(量程3 V，内阻约为1 k)F电压表V2(量程3 V，内阻约为10 k)G开关及导线若干则：(1)电流表应选_、电压表应选_(2)并在方框中画出电路图答案(1)C(或A1)E(或V1)(2)电路图如图所示4在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：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257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257_._.答案(1)分压(2)电键S不应闭合，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a端5如图258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IU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：_.(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100 )(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R1250 .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_ .甲乙丙丁图258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IU图线，故选图乙(2)通过R1的电流为I1 A36 mA，通过热敏电阻的电流I2II1(7036) mA34 mA，由图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2 V，电阻R2 111.8 .6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05 V，内阻5 k电流表A1，量程0100 mA，内阻4 电流表A2，量程0500 mA，内阻0.4 滑动变阻器R1，最大阻值10 ，额定电流1.0 A滑动变阻器R2，最大阻值5 ，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 (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图259(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中，描绘出如图259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)R1A2(2)电路图如解析图所示(3)BD解析(1)本题变压器采用分压接法，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R2，则电路中的电流会超过R2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R1.电流表A1的量程太小，故电流表应当选择A2.(2)电路如图所示，由于电压要从0开始测量，滑动变阻器用分压接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法(3)随着通过小灯泡电压电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P知B图正确，由PI2R知D图正确图25107在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图2510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：(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路(2)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中的(a)、(b)、(c)，下列说法正确的是()Aa可以作为标准电阻使用Bb能作为标准电阻使用Cb的阻值随电压升高而增大Dc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，小电珠的亮度变化，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IU线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A对，B错因IU线的斜率倒数表示电阻值的变化，故C对，D错，选A、C.8某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A电流表(03 A，内阻约0.025 ) B电流表(00.6 A，内阻约0.125 )C电压表(03 V，内阻约3 k) D电压表(015 V，内阻约15 k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图2511中的_(选填“甲”或“乙”)图2511(2)图2512是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线图2512(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图2513所示，可得该电阻的测量值Rx_(保留两位有效数字)图2513(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经Rx的电流值B电流表测量值大于流经Rx的电流值C电压表测量值小于Rx两端的电压值D电压表测量值大于Rx两端的电压值(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映Ux关系的示意图中正确的是_答案(1)B，C，甲(2)如解析图(3)5.2(4)BD(5)A解析(1)电源电动势为4 V，电压表选择C；电路中的电流最大值Im远小于3 A，所以电流表选择B.被测电阻阻值较小，电流表分压作用明显，所以采用电流表的外接法即甲电路图(2)根据实验电路原理图连接实物图如下：(3)电压表读数为2.60 V，电流表读数为0.5 A，代入Rx 5.2 .(4)甲电路：由于电压表的分流作用，电流表测量的电流大于通过被测电阻的电流乙电路：由于电流表的分压作用，使电压表测量的电压大于被测电阻两端的电压B、D选项对(5)设滑动变阻器单位长度的电阻为R0，滑动变阻器两端总长为L，根据串联电路规律，有：U，式子中E、Rx、L均为常数，根据函数图象可知，A对