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2019-2020年高中物理選修（3-1）實驗《描繪小燈泡的伏安特性曲線》word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． 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(U，I)值，在I－U坐標系中描出各對應點，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、 導線若干、鉛筆、坐標紙． 3．測小燈泡伏安特性曲線的電路圖： 一、電流表的內接法和外接法的比較 內接法 外接法 電路圖 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 R測＝＝Rx＋RA 測量值大于真實值 R測＝＝ 測量值小于真實值 適用于測量 測大(填“大”或“小”)電阻或> 測小(填“大”或“小”)電阻或> 二、滑動變阻器的兩種接法比較 接法項目 限流式 分壓式 電路組成 變阻器接入電路的特點 采用“一上 一下”的接法 采用“兩下一 上”的接法 調壓范圍 ～E (不計電源內阻) 0～E (不計電源內阻) 適用情況 待測電阻的阻值Rx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起 (1)要求待測電阻上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調 (2)待測電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器的總電阻R 三、實驗過程 1．實驗步驟 (1)根據(jù)小燈泡上所標的額定值，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．(注意開關應斷開，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S，調節(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，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)在坐標紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應的點．(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)將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線． 3．實驗結果與數(shù)據(jù)分析 (1)結果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線，而是向橫軸彎曲的曲線． (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，電阻變大，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圖線是曲線，本實驗要測出多組包括零在內的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應采用分壓式接法． (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，應該用平滑的曲線連接，個別偏離較遠的點應舍去． 例1　有一個小燈泡上標有“4 V　2 W”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，內阻10 kΩ) B．電壓表(0～15 V，內阻20 kΩ) C．電流表(0～3 A，內阻1 Ω) D．電流表(0～0.6 A，內阻0.4 Ω) E．滑動變阻器(10 Ω，2 A) F．滑動變阻器(500 Ω，1 A) G．學生電源(直流6 V)、開關、導線若干 (1)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：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 圖2 (2)實驗中所用電壓表應選用________，電流表應選用________，滑動變阻器應選用________．(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　因實驗目的是要描繪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 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阻8 Ω，調節(jié)不方便，電壓變化與滑動變阻器使用部分的長度線性關系差，故舍去．小燈泡內阻為電流表內阻的＝20倍，電壓表內阻是小燈泡的＝1 250倍，故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 (3)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)： 編號 1 2 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 (1)在圖4中畫出I—U圖象． 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)開始時不變，后來增大　(3)增大 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，內阻約1 Ω)； 電流表(量程為0～250 mA，內阻約5 Ω)； 電壓表(量程為0～3 V，內阻約3 kΩ)； 電鍵一個、導線若干． (1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的________(填字母代號)． A．滑動變阻器(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) B．滑動變阻器(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實驗的電路圖應選用下列的圖______(填字母代號)． 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. (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＝＝3，而＝＝200，可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯，故而應選擇電流表的外接法，綜上可知B選項的電路圖正確． 1.(單選)用電流表和電壓表測量電阻Rx的阻值．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，比較這兩次結果，正確的是(　　) 圖1 A．電阻的真實值更接近543 Ω，且大于543 Ω B．電阻的真實值更接近543 Ω，且小于543 Ω C．電阻的真實值更接近460 Ω，且大于460 Ω D．電阻的真實值更接近460 Ω，且小于460 Ω 答案　B 解析　比較題圖(a)、(b)的電壓讀數(shù)，可知ΔU＝0.20 V，則＝＝0.08；電流變化ΔI＝0.40 mA，則＝＝0.087，可見>，即電流變化明顯一些，可見電壓表內阻帶來的影響比電流表內阻帶來的影響大，故應采取電流表內接法，即按照(a)圖所示電路測量電阻Rx，Rx＝＝543 Ω，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)碾娏鞅鞟和電壓表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)實驗中滑動變阻器應采用____________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 ①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 答案　(1)分壓 (2)①電鍵S不應閉合，應處于斷開狀態(tài) ②滑動變阻器滑動觸頭P位置不當，應將其置于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閉合開關前，調節(jié)滑動變阻器的滑片，____________； ②閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，________； ③斷開開關，…….根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作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的電路圖． 答案　(1)①使它靠近滑動變阻器左端的接線柱?、谠黾有襞輧啥说碾妷?，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，故閉合開關前，小燈泡兩端的電壓應為零，調節(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： A．小燈泡：規(guī)格為“3.8 V　0.3 A” B．電流表：量程0～0.6 A，內阻約為0.5 Ω C．電流表：量程0～3 A，內阻約為0.1 Ω D．電壓表：量程0～5 V，內阻約為5 kΩ E．滑動變阻器：阻值范圍0～10 Ω，額定電流2 A F．電池組：電動勢6 V，內阻約為1 Ω G．開關一只，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0逐漸增大到3.8 V且能方便地進行調節(jié)，因此電流表應選________．(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)因小燈泡的額定電流為0.3 A，為減小讀數(shù)誤差，應讓指針偏角大一些，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關系曲線圖． (1)為了通過測量得到如圖甲所示I－U關系的完整曲線，在圖乙和圖丙兩個電路中應選擇的是圖________，簡要說明理由：__________________________________________. (電源電壓為9 V，滑動變阻器的阻值為0～100 Ω) (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R1＝250 Ω.由熱敏電阻的I－U關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為______ V；電阻R2的阻值為________ Ω. 　 　　　　　　　 甲　　　　　　　　　乙 　　　　　　 丙　　　　　　丁 圖5 答案　(1)乙　圖乙加在熱敏電阻兩端的電壓可以從零調到所需電壓　(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R1的電流為I1＝＝ A＝36 mA，通過熱敏電阻的電流I2＝I－I1＝(70－36) mA＝34 mA，由題圖甲可知熱敏電阻兩端的電壓為5.2 V，電阻R2＝ Ω≈111.8 Ω. 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0～5 V，內阻5 kΩ 電流表A1，量程0～100 mA，內阻4 Ω 電流表A2，量程0～500 mA，內阻0.4 Ω 滑動變阻器R1，最大阻值10 Ω，額定電流1.0 A 滑動變阻器R2，最大阻值5 Ω，額定電流0.5 A 直流電源E，電動勢約為6 V，內阻約為0.5 Ω (1)在上述器材中，滑動變阻器應選____________；電流表應選__________________． (2)在虛線框內畫出實驗的電路圖，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)(　　) 圖6 答案　(1)R1　A2　(2)見解析圖 (3)BD 解析　(1)本題滑動變阻器采用分壓接法，通常應當選用最大阻值小的滑動變阻器，但本題中如果選用R2，則電路中的電流會超過R2允許通過的最大電流，故滑動變阻器應當選擇R1.電流表A1的量程太小，故電流表應當選擇A2. (2)電路如圖所示，由于電壓要從0開始調，滑動變阻器用分壓接法；因為燈泡的內阻比較小，電流表用外接法． (3)隨著通過小燈泡電流的增大，小燈泡消耗的功率增大，小燈泡的電阻也增大，由P＝知B圖正確，由P＝I2R知D圖正確． 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零．閉合開關后： 圖7 (1)若不管怎樣調節(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對，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C對，D錯．選A、C.