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1、2019最新粵教版高中物理選修(3-1)實驗《描繪小燈泡的伏安特
性曲線》學案
[學習目標定位]1.會正確地選擇實驗器材和實驗電路 .2.描繪小燈泡的伏安特性曲線 ,掌握
分析圖線的方法.
知識?儲備區(qū)
媼故追本湖謨推陣方可樂新
1 .實驗原理
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(UI)值,在I
—U坐標系中描出各對應(yīng)點,用一條平滑的曲線將這些點連起來.
2 .實驗器材
學生電源(4 V?6 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V 0.7 A ”或“3.8 V 0.3 A ”)、滑動
變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、
導線若干、鉛筆、坐標
2、紙.
3 .測小燈泡伏安特性曲線的電路圖:
.~~:
4I=~
11 —
內(nèi)接法
外接法
電路圖
—J
——W
1—■
⑨-
卜 凡
誤差原因
電流表的分壓
電壓表的分流
測量值和真實值的比較
Um
R#= ~~= R+ RA
I測
測量值大于真實值
U則 3
~測=1n = 1 1 1
I 測 I x + I V
測量值小于真實值
適用于測量
測義填“大”或“小”)電
R R 阻或R>R K R(
測生(填“大”或“小”)電
FV R
阻或R>R
R rF\
、滑動變阻器的兩種接法比較
接法項
3、目
限流式
分壓式
電路組成
-_I
- 1 -
1 1
- 4中
y ?
氏;I ?—1>—
變阻器接入電
路的特點
采用“一上
一下”的接法
米用“兩匚^ 上”的接法
調(diào)壓范圍
ER e R+ R E
(不計電源內(nèi)阻)
Q?E
(不計電源內(nèi)阻)
適用情況
待測電阻的阻值 R與滑動變
阻器的總電阻R相差不多,或
R稍大,且電壓、電流變化不
要求從零調(diào)起
(1)要求待測電阻上電壓或電 流變化范圍較大,且從雯開始 連續(xù)可調(diào)
(2)待測電阻的阻值R 滑動變阻器的總電阻 R
實驗過程
1 .實驗步驟
(1)根據(jù)小燈泡上所
4、標的額定值 ,確定電流表、電壓表的量程—,按圖1所示的電路圖連接好實
物圖.(注意開關(guān)應(yīng)斷開,滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零 _)
———
圖1
(2)閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù) ,記錄一組電壓 U和
電流I .
(3)用同樣的方法測量并記錄幾組 U和I ,填入下表.
次數(shù)
1
2
3
4
5
6
7
8
電壓U/V
電流I/A
(4)斷開開關(guān),整理好器材.
2 .數(shù)據(jù)處理
(1)在坐標紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標系.
(2)在坐標紙中描
5、出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點. (坐標系縱軸和橫軸的標度要適中 ,以使所描圖線
充分占據(jù)整個坐標紙為宜)
(3)將描出的點用平滑白曲線連接起來 ,就得到小燈泡的伏安特性曲線.
3 .實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
(1)結(jié)果:描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線 ,而是向槿鐘彎曲的曲線.
(2)分析:燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化.曲線向橫軸彎曲 ,即斜率變小,電阻變火,說
明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大
4 .誤差分析
(1)系統(tǒng)誤差:由于電壓表不是理想電表 ,內(nèi)阻并非無窮大,對電路的影響會帶來誤差.
(2)測量誤差:測量時讀數(shù)帶來誤差.
5 .注意事項
(1)因I — U圖線是曲
6、線,本實驗要測出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值 ,因此滑動變阻器 應(yīng)采用分壓式接法.
(2)由于小燈泡的電阻較小,故采用電流表外接法.
(3)畫I — U圖線時縱軸、橫軸的標度要適中 ,以使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜 ,不要畫
成折線,應(yīng)該用平滑的曲線連接,個別偏離較遠的點應(yīng)舍去.
占典例薊
例1有一個小燈泡上標有“4 V 2W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?5 V,內(nèi)阻10 k Q)
B.電壓表(0?15 V,內(nèi)阻20 k Q )
C.電流表(0?3 A,內(nèi)阻1 Q)
D.電流表(0?0.6 A,內(nèi)阻0.4 Q)
7、
E.滑動變阻器(10 Q ,2 A)
F.滑動變阻器(500 Q ,1 A)
G學生電源(直流6 V)、開關(guān)、導線若干
⑴實驗時,選用圖2中甲而不選用圖乙的電路圖來完成實驗,請說明理由:
甲 乙
圖2
(2)實驗中所用電壓表應(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3中所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖.
圖3
解析 因?qū)嶒災康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線 ,需要多次改變小燈泡兩端的電壓 ,故采
用甲圖所示的分壓式電路合適 ,這樣電壓可以從零開始調(diào)節(jié) ,且能方便地測多組數(shù)據(jù).因小
燈泡額定電壓為 4 V,則電壓表選0?5
8、V的A而舍棄0?15 V的B,因15 V的量程太大,讀 數(shù)誤差大,小燈泡的額定電流I=0.5 A,則電流表只能選 D.滑動變阻器F的最大阻值遠大于 小燈泡內(nèi)阻 8 ◎,調(diào)節(jié)不方便,電壓變化與滑動變阻器使用部分的長度線性關(guān)系差 ,故舍
去.小燈泡內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻的 總~=20倍,電壓表內(nèi)阻是小燈泡的10:10 = 1 250倍,故
0.4 8
電流表采用了外接法.
答案(1)描繪小燈泡的I—U圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始,并要多取幾組數(shù)據(jù) (2)A D E
⑶如圖所示.
例2某同學在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中得到如下表所示的幾組 U和I的
數(shù)據(jù):
編P
1
2
9、
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
⑴在圖4中畫出I —U圖象.
11 / 12
圖4
(2)從圖象上可以看出,當電壓逐漸增大時,燈絲電阻的變化情況是 .
(3)這表明小燈泡的電阻隨溫度的升高而 .
解析 畫出I—U圖象如圖所示,曲線開始呈直線狀說明開始時電阻不變 ,后來逐漸靠近 U軸
說明電阻增大.
答案(1)見解析圖 (2)開
10、始時不變,后來增大 (3)增大
檢測學習效果體驗成功快樂
自我?檢測區(qū)
要測繪一個標有“3 V 0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線 ,燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加
到3 V,并便于操作.已選用的器材有:
電池組(電動勢為4.5 V,內(nèi)阻約1 ◎);
電流表(量程為0?250 mA,內(nèi)阻約5 ◎);
電壓表(量程為0?3 V,內(nèi)阻約3 k ◎);
電鍵一個、導線若干.
(1)實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的 (填字母代號).
A.滑動變阻器(最大阻值20 ◎,額定電流1 A)
B.滑動變阻器(最大阻值1 750 ◎,額定電流0.3 A)
(2)實驗的電路圖應(yīng)選用下列的
11、圖 (填字母代號).
A
答案(1)A (2)B
解析(1)根據(jù)“燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到 3 V,并便于操作”可知控制電路必
定為“分壓電路”,而“分壓電路”需要用總阻值較小的滑動變阻器 ,故選A.
, , ………R 15 —R/ 3000
(2)在(1)中已經(jīng)明確了控制電路 ,繼續(xù)要選擇電流表的接法 ,題中百="5=3,而R = 7 =
200,可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯 ,故而應(yīng)選擇電流表的外接法 ,綜上
可知B選項的電路圖正確.
40分鐘課時作業(yè)
瑁千回而后曉聲,現(xiàn)千劍而后祝育
1.(單選)用電流表和電壓表測量電阻 R的阻值.
12、如圖1所示,分別將圖(a)和(b)兩種測量
電路連接到電路中,按照(a)圖時,電流表示數(shù)為4.60 mA,電壓表示數(shù)為2.50 V ;按照(b)圖
時,電流表示數(shù)為5.00 mA,電壓表示數(shù)為2.30 V,比較這兩次結(jié)果,正確的是( )
I——@——
——
A.電阻的真實值更接近
B.電阻的真實值更接近
C.電阻的真實值更接近
D.電阻的真實值更接近
(a) (b)
圖1
543 Q ,且大于543 Q
543 Q ,且小于543 Q
460 Q ,且大于460 Q
460 Q ,且小于460 Q
答案 B
解析
比較題圖(a)、(b)的電壓讀數(shù),可知
13、
AU= 0.20 V,則乎=020 =0.08;電流變化
U 2.50
△ I 0.40 △ I △ U --、,,『“ 、
AI"40 mA,則丁 =病"087,可見下滴,即電流變化明顯一些,可見電壓表內(nèi)阻帶
來的影響比電流表內(nèi)阻帶來的影響大 ,故應(yīng)采取電流表內(nèi)接法,即按照(a)圖所示電路測量電
2.5 V
阻R,R=4 60 X 10 3 A = 543 ◎,此法測量值偏大,因此選項B正確.
2 .在探究小燈泡的伏安特性實驗中 ,所用器材有:小燈泡 L、量程恰當?shù)碾娏鞅?A和電壓
表V、直流電源E、滑動變阻器 R、電鍵S等,要求小燈泡兩端電壓從 0開始變化.
(1)實驗
14、中滑動變阻器應(yīng)采用 接法(填“分壓”或“限流”).
(2)某同學已連接如圖2所示的電路,在連接最后一根導線的 c端到直流電源正極之前,請指 出其中僅有的2個不當之處,并說明如何改正.
圖2
答案 (1)分壓
(2)①電鍵S不應(yīng)1^合,應(yīng)處于斷開狀態(tài)
②滑動變阻器滑動觸頭 P位置不當,應(yīng)將其置于b端
3 .圖3為“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的實物電路圖 ,已知小燈泡的額定電壓為 2.5
V.
圖3
(1)完成下列實驗步驟:
①閉合開關(guān)前,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片, ;
②閉合開關(guān)后,逐漸移動滑動變阻器的滑片, ;
③斷開開關(guān),…….根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作
15、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.
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),直至電壓達到額定電壓 (2)見解析圖
解析 (1)滑動變阻器為分壓式接法 ,故閉合開關(guān)前,小燈泡兩端的電壓應(yīng)為零 ,調(diào)節(jié)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 ,逐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.
4 .在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中 ,可供選擇的器材有:
16、
A.小燈泡:規(guī)格為“ 3.8 V 0.3 A”
B.電流表:量程 0?0.6 A,內(nèi)阻約為0.5 Q
C.電流表:量程 0?3 A,內(nèi)阻約為0.1 Q
D.電壓表:量程 0?5 V,內(nèi)阻約為5 k Q
E.滑動變阻器:阻值范圍 0?10 ◎,額定電流2 A
F.電池組:電動勢 6 V,內(nèi)阻約為1 Q
G開關(guān)一只,導線若干
(1)為了使測量盡可能地準確,需要使小燈泡兩端電壓從 。逐漸增大到3.8 V且能方便地進
行調(diào)節(jié),因此電流表應(yīng)選.(填器材前序號)
(2)根據(jù)你選用的實驗電路,將圖4所示的器材連成實物電路.
圖4
答案 (1)B (2)見解析圖
解析 (1)因
17、小燈泡的額定電流為 0.3 A,為減小讀數(shù)誤差,應(yīng)讓指針偏角大一些,故電流表 選B.
(2)由電流表外接和滑動變阻器采用分壓式接法知 ,電路圖如圖甲所示,由電路圖連接的實物
圖如圖乙所示.
5 .如圖5甲所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變,且對溫度很敏感)的I — U關(guān) 系曲線圖.
(1)為了通過測量得到如圖甲所示 I—U關(guān)系的完整曲線,在圖乙和圖丙兩個電路中應(yīng)選擇的
是圖,簡要說明理由:.
(電源電壓為9 V,滑動變阻器的阻值為 0?100 Q)
(2)在如圖丁所示的電路中,電源電壓恒為 9 V,電流表讀數(shù)為 70 mA,定值電阻 R=250 Q. 由熱敏電阻的
18、I—U關(guān)系曲線可知,熱敏電阻兩端的電壓為 V ;電阻R2的阻值為 Q .
4 F/mA
答案 (1)乙 圖乙加在熱敏電阻兩端的電壓可以從零調(diào)到所需電壓 (2)5.2 111.8
解析 (1)圖乙的滑動變阻器用的是分壓式接法 ,加在熱敏電阻兩端的電壓可以從零調(diào)到所
需電壓,從而能夠得到完整的I — U圖線,故選圖乙.
(2)通過 R的電流為11 = =3 A = 36 mA,通過熱敏電阻的電流 12= I -I 1=(70 -36) mA
R 250
=34 mA,由題圖甲可知熱敏電阻兩端的電壓為
5.2 V,電阻 R=
9-5.2
^3
34 X 10
"111
19、.8
6 .在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中 ,可供選擇的實驗儀器如下:
小燈泡 L, “3.8 V,0.3 A ”
電壓表 V,量程。?5 V,內(nèi)阻5 k Q
電流表 A1,量程0?100 mA,內(nèi)阻4 Q
電流表 A2,量程0?500 mA,內(nèi)阻0.4 Q
滑動變阻器R,最大阻值10 ◎,額定電流1.0 A
滑動變阻器 R,最大阻值5 Q,額定電流0.5 A
直流電源E電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Q
(1)在上述器材中,滑動變阻器應(yīng)選 ;電流表應(yīng)選 .
(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗的電路圖 ,并在圖中注明各元件的符號.
(3)(雙選)某實驗小組完成實驗后利
20、用實驗中得到的實驗數(shù)據(jù)在 I — U坐標系中,描繪出如圖
6所示的小燈泡的伏安特性曲線.根據(jù)此圖給出的信息 ,可以判斷下圖中正確的是(圖中P
為小燈泡的功率)( )
答案 (1) R A2 (2)見解析圖
(3)BD
解析(1)本題滑動變阻器采用分壓接法,通常應(yīng)當選用最大阻值小的滑動變阻器 ,但本題中 如果選用 國則電路中的電流會超過 R允許通過的最大電流,故滑動變阻器應(yīng)當選擇 R.電
流表Ai的量程太小,故電流表應(yīng)當選擇 A
(2)電路如圖所示,由于電壓要從0開始調(diào),滑動變阻器用分壓接法;因為燈 尾
泡的內(nèi)阻比較小,電流表用外接法. 儲」一
(3)隨著通過小燈泡電流的
21、增大,小燈泡消耗的功率增大,小燈泡的電阻也增
,,y - 2「 y 八 ?
大,由P=m知B圖正確,由P= I R知D圖正確. R
7 .在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中 ,用導線a、b、c、d、e、f、g和h按圖7所 示方式連接好電路,電路中所有元器件都完好,且電壓表和電流表已調(diào)零.閉合開關(guān)后:
圖7
(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器 ,小燈泡亮度能發(fā)生變化,但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為
零,則可能是 導線斷路.
(2)(雙選)某同學在實驗中還測出 a、b、c三種元件的伏安特性曲線分別如圖 8中的(a)、
(b)、(c)所示,下列說法正確的是( )
圖8
A. a可以作為標準電阻使用
B. b能作為標準電阻使用
C. b的阻值隨電壓升高而增大
D. c的阻值隨電壓升高而增大
答案(1) g (2)AC
解析 (1)若調(diào)節(jié)滑動變阻器,小燈泡的亮度變化,但電壓表、電流表示數(shù)總不能為零 ,說明
滑動變阻器不起分壓作用,所以可能是g導線斷路.
(2)因a元件的I — U線是直線,說明電阻不隨電壓的變化而變化,故可作為標準電阻,故A又^,B 錯.因I—U線上的點與原點的連線的斜率倒數(shù)表示電阻值 ,故CX1D錯.選A C.
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