《2017-2018年高中物理 第二章 恒定电流 第4讲 实验描绘小灯泡的伏安特性曲线学案 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018年高中物理 第二章 恒定电流 第4讲 实验描绘小灯泡的伏安特性曲线学案 新人教版选修3-1（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1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，UI在 I U 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 I U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 Rx RAU测I测测量值大于真实值R 测 U测I测 U测Ix IV测量值小于真实值适用于测量 测大电阻或 RxRA RVRx 测小电阻或
2、 RVRx RxRA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RVRx RxRA RxRA RVRx临界值计算法：当 Rx 时，用电流表外接法；当 Rx 时，用电流表内接法RARV RARV(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2调压范围 E ERxR Rx(不计电源内阻)0 E(不计电源内阻)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
3、的阻值 Rx远大于滑动变阻器的总电阻 R二、实验器材学生电源(46V 直流)或电池组、小灯泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、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，并按图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 1 2 3 4 5 6 7 8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
4、 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34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 I U 图线，要求测出多组包括零在内的电压值、电
5、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 3V.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
6、，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 1 2 3 4 5 6 7 8U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.004I/A 0.020 0.0600.1000.1400.170 0.1900.2000.205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)描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡电阻较小，约为几欧姆
7、到十几欧姆，远小于电压表内阻，电流表应采用外接法(2)为保护电路安全，开关闭合之前，图乙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 I U 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 I U 图线得当灯电两端电压 U3 V 时， I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电5阻约为 R 14.6 .30.205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(“3.8V0.3A”)电压表 V(量程 05
8、V，内阻 5k)电流表 A1(量程 0100mA，内阻 4)电流表 A2(量程 0500mA，内阻 0.4)滑动变阻器 R1(最大阻值 10，额定电流 1.0A)滑动变阻器 R2(最大阻值 500，额定电流 0.5A)直流电源 E(电动势约为 6V，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答案(1) R1A 2(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
9、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“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的 I U 图线现有下列器材供选择：6A电压表(05V，内阻 10k) B电压表(015V，内阻 20k)C电流表(03A，内阻 1) D电流表(00.6A，内阻 0.4)E滑动变阻器(10，2A) F滑动变阻器(500，1A)G电源(直流 6V)、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
10、 4答案(1)甲描绘灯泡的 I U 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 4V，则电压表选量程为 05V 的 A 而舍弃量程为 015V 的 B，因715V 的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流 I0.5A，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8
11、0.4内阻的 1250 倍，故电流表采用外接法.1010381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UI越小，因此这种接法适合测小电阻题
12、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UI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 28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
13、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小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大，某同学为研究这一现象，通过实验得到如下数据( I 和 U 分别表示小灯泡的电流和电压)：I(A) 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00I(A) 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50U(V) 1.20 1.40 1
14、.60 1.80 2.00(1)在图中画出小灯泡的 U I 曲线；(2)若小灯泡正常工作电压为 1.5 V，求其正常工作时的电流答案(1)见解析(2)0.46 A解析(1)按表中给出的 10 组数据，在图中尽量准确地在对应位置处描点，然后用平滑曲线连接，如图所示(2)由图可得 U1.5 V 时， I0.46 A.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 3 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9图 3_._.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/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215现备有下列器材：A
