高中物理第二章直流电路第4讲学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学案教科版选修3.doc

第4讲 学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线目标定位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一、实验原理1实验方法原理由于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实验电路选择原理(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RRA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两种电路的选择：阻值比较法：当时，选用电流表外接法；当时，选用电流表内接法临界值计算法：当R时，用电流表外接法；当R时，用电流表内接法(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”的接法调压范围UU0U适用情况负载电阻的阻值R与滑动变阻器的总电阻R0相差不多，或R0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R远大于滑动变阻器的总电阻R0二、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、坐标纸三、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，在方框中画出实验的电路图，并按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：描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线，而是曲线(2)分析：曲线的斜率变小，即电阻变大，说明小灯泡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例图1为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为3 V.图1(1)在方框图中画出与实物电路相应的电路图 (2)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，应停留在滑动变阻器_端；(选填“左”或“右”)闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，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；记录如下一组U和I的数据，断开开关根据实验数据在图2中作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205灯光发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光图2(3)数据分析：从图线上可以得出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_ _图线表明导体的电阻随温度升高而_小灯泡正常工作时的电阻约为_(保留小数点后一位有效数字)解析(1)根据实物电路作出电路图如下：(2)为保护电路安全，开关闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于左端根据表格中的数据，画出小灯泡的IU图线(3)从图线上可以得出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大图线表明导体的电阻随温度升高而增大根据IU图线得当灯泡两端电压U3 V时，I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R 14.6 .答案(1)见解析图(2)左见解析图(3)先不变，后逐渐增大增大14.61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 V0.3 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500 ，额定电流0.5 A)直流电源E，约为6 V(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答案(1)R1A2(2)电路图见解析图解析(1)本题变压器采用分压式接法，通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器应选R1.电流表A1的量程太小，故电流表应选A2.(2)电路图如图所示，由于电压要从0开始调节，滑动变阻器用分压式接法；因为灯泡的电阻比较小，电流表用外接法2一个小灯泡上标有“4 V2 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择：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电源(直流6 V)、开关、导线若干图3(1)实验时，选用图3中_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_，滑动变阻器应选_(用字母序号表示)(3)把图4所示的实验器材用实线连接成实物电路图图4答案(1)甲描绘灯泡的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，则电压表选量程为05 V的A而舍弃量程为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20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的1 250倍，故电流表采用外接法.1在图1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1A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，故此法测大电阻好答案B解析题图甲采用电流表外接法，题图乙采用电流表内接法，A正确题图甲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题图乙由于电流表的分压导致电压的测量值偏大由R可知，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.2用伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图2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_两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_两点图2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两点；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两点3图3甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图图3(1)根据图甲画出实验电路图(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V所示读数为：_、_、_、_两组数据得到的电阻分别为_和_答案(1)(2)0.10 A0.24 A2.00 V0.27 V(8.3±0.1)(2.7±0.1)(后两空答案可互换)解析(1)根据实物图画出电路图如图(2)由实物图可知，电流表接的是0.6 A的量程，电压表接的是3 V的量程，因此的读数为0.02 A×50.10 A，的读数为0.02 A×120.24 A，的读数为0.1 V×20.02.00 V，的读数为0.1 V×2.70.27 V.两组数据得到的电阻R1 8.3 ，R2 2.7 .4在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，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、开关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_(选填“分压式”或“限流式”)接法(2)某同学已连接如图4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4_._.答案(1)分压式(2)开关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某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215现备有下列器材：A6 V电源；B量程为03 A的内阻可忽略的电流表；C量程为00.3 A的内阻可忽略的电流表；D量程为03 V的内阻很大的电压表；E阻值为010 ，额定电流为3 A的滑动变阻器；F开关和导线若干(1)这个学习小组在实验中电流表应选_(填器材前面的字母)(2)请你从下面的实验电路图中选出最合理的一个_(3)利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线，如图5所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而_(选填“变大”、“变小”或“不变”)；图5(4)若把电器元件Z接入如图6所示的电路中时，理想电流表的读数为0.150 A，已知A、B两端电压恒为2 V，则定值电阻R0阻值为_ .(结果保留两位有效数字)图6答案(1)C(2)D(3)变大(4)6.7解析(1)由表中实验数据可知，电流最大测量值为0.215 A，电流表应选C；(2)由表中实验数据可知，电压与电流的测量值从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，应用伏安法测元件的电压与电流，电流表应测通过电阻的电流，由图示可知，应选D所示电路(3)由IU图像可知，随电压增大，通过元件的电流增大，电压与电流的比值增大，元件阻值变大(4)由图可知，电流为0.150 A时Z两端的电压为1 V，A、B两端电压为Z和R0两端的电压之和，所以R0两端的电压也为1 V，流过R0的电流为0.150 A，所以R0 6.7 .12