第3章 实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线—2020-2021鲁科版高中物理选修3-1讲义.doc

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1、实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(物理观念)2.会根据实验原理正确选择实验器材和实验电路。(科学思维)3.会通过描点法描绘小灯泡的伏安特性曲线。(科学探究)一、实验原理和方法1实验电路：小灯泡的电阻很小，电流表采用外接法；因电压要求从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法。2曲线形状：以I为纵轴、U为横轴画出小灯泡的IU图线，由于金属的电阻率(电阻)随温度的升高而增大，其伏安特性曲线不是一条直线。3滑动变阻器的两种接法(1)两种接法的比较名称限流式接法分压式接法电路图闭合开关前滑片位置使滑动变阻器所用的电阻最大(电阻R的电流最小)，滑片

2、应位于最左端使滑动变阻器与负载R并联的电阻为零(R的电流、电压为零)，滑片应位于最左端负载两端的电压调节范围UU0U通过负载的电流调节范围0负载正常工作时电路的效率电路中总电流等于负载R的电流，电路效率较高电路中总电流大于负载R的电流，电路效率较低(2)两种接法的选择：由于限流式接法电路简单，耗能低，所以通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法。a.当待测电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压电路。b.若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压式接法。c.

3、要求回路中某部分电路的电流或电压必须从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法。二、实验器材小灯泡、46 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸。三、实验步骤1按实验电路图连接电路，且使滑动变阻器的触头P滑至A端。2闭合开关，使触头P逐渐向B移动，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格。3断开开关，拆除电路，整理器材。四、数据处理1列表格：将记录的9组U、I值记录在表格中。实验次数123456789UI2.描曲线：在坐标纸上以电流I为纵轴、电压U为横轴建立直角坐标系，描点绘出IU曲线。3分析规律：分析

4、曲线变化规律，分析曲线不是直线的原因。五、误差分析1测量时，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大，而产生系统误差。2测量时读数不准，描绘IU图线时作图不准确产生偶然误差。六、注意事项1描绘IU图线要求电压、电流从零开始变化，因此滑动变阻器采用分压接法。小灯泡的电阻较小，电流表采用外接法。2调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压，且要使实验中测出的各组数据均匀，间隔大致相等。3作图时两坐标轴的标度要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线时误差较大的点要舍去，要用平滑的曲线而不能画成折线。【例1】有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡

5、的IU图线。现有下列器材供选用：A.电压表(05 V，内阻为10 k)B.电压表(015 V，内阻为20 k)C.电流表(03 A，内阻为1 )D.电流表(00.6 A，内阻为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(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_。甲 乙(2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示)(3)把图丙中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。丙解析(1)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，故采用题图

6、甲所示的分压式电路比较合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据。(2)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选05 V的电压表A，而舍弃015 V的电压表B，因为15 V的量程太大，读数误差大。小灯泡的额定电流I0.5 A，则电流表选D。滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的电阻，调节不方便，故舍弃。(3)小灯泡电阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的1 250倍，故电流表采用外接法。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)如图所示【例2】图甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V。甲 乙丙(1)在

7、图乙所示的虚线框中画出与实物电路相对应的电路图。(2)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最_(选填“左”或“右”)端；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，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8组U和I的数据，断开开关。根据实验数据在图丙方格纸上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小灯泡发光情况不亮微亮逐渐变亮正常发光(3)数据分析：从图线

8、上可以得知，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的升高而_。小灯泡正常工作时的电阻约为_。(保留到小数点后一位)解析(1)与实物电路相对应的电路图如图甲所示。甲(2)为保护电路安全，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端。根据表格中的数据，画出小灯泡的IU图线如图乙所示。乙(3)从图线上可以得知，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的升高而增大。根据IU图线可得电压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

9、.6 “描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的四点注意(1)被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。(2)本实验要作IU图象，要求电压值、电流值从零开始，故滑动变阻器要采用分压式接法。(3)开关闭合前，滑动变阻器滑片应移到使小灯泡两端电压为零处。(4)在连接实物图时要注意连接的顺序、电表量程、接线柱的正负以及导线不能交叉等。1分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中。电表所选量程测量值03 V015 V03 A00.6 A解析表中03 V量程的电压表和03 A量程的电流表读数方法相同，精确度分别是0.1 V、0.1 A，要读到小数点后面两位，由题图可知，示数分别为2.14 V、

10、0.80 A。对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，要读到0.1 V，由题图可知，示数为10.7 V。对于00.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，要读到最小刻度的一半0.01 A，由题图可知，示数为0.16 A。答案2.14 V10.7 V0.80 A0.16 A2为探究小灯泡L的伏安特性，连接好如图所示的电路后闭合开关，通过移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表的读数得到多组数据并描绘出UI图线，则下列各图正确的是()A B C DC小灯泡的灯丝是金属电阻丝，其电阻是非线性的，会随温度的

11、升高而变大。开始时电压较低没有发光，灯丝的温度较低，其电阻变化不明显，所以UI图象接近直线。但随着电压的不断增大，灯泡发光，温度变化很大，因而其电阻值也变化很大，所以其UI图象为曲线，故选项C正确。3在“描绘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，请指出其中仅有的两个不当之处，并说明如何改正。A._；B_。解析(1)因为灯泡两端的电压要从0开始调

12、节，故滑动变阻器只能采用分压式接法。(2)A.在电路接好并检查是否正确连线之前，开关S应处于断开状态，以免因接线错误而导致仪表损坏；B.接为分压电路时，滑动变阻器的电阻(和小灯泡并联部分)应从最小值开始调节，故滑片应先置于b端。答案(1)分压式(2)A.开关S不应闭合，应处于断开状态B滑动变阻器滑片位置不当，应将其置于b端4某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下表所示的一组UI数据：编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)根据表中数据在

13、坐标图上画出UI图线。(2)当U1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度升高而_。解析(1)根据给出的数据描点，并用平滑的曲线连接，如图所示。(2)从图象得到，当U1.40 V时，灯泡电压与电流成正比，灯丝电阻不变；当U1.40 V时，图线斜率逐渐增大，故其电阻随温度的升高而增大。答案(1)见解析图(2)正不变增大5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：A小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”B电流表：量程00.6 A，内阻约为0.5 C电流表：量程03 A，内阻约为0.1 D电压表：量程05 V，内阻约为5 kE滑动变阻器：阻值范围010 ，额定电流2 AF电池组

14、：电动势6 VG开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选_。(填器材前的选项符号)(2)根据你选用的实验器材，画出实验电路图，并将如图所示的器材连成实物电路。解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B。(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示。甲乙答案(1)B(2)见解析6有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法测绘这个小灯泡的伏安特性曲线。现有下列器材供选用：A电压表V1(05 V，内阻约1

15、0 k)B电压表V2(010 V，内阻约20 k)C电流表A1(00.3 A，内阻约1 )D电流表A2(00.6 A，内阻约0.4 )E滑动变阻器R1(010 ，2 A)F滑动变阻器R2(0100 ，0.2 A)G学生电源(直流6 V)，开关及导线(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表_，电流表_，滑动变阻器_。(填写器材前的选项符号)(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请在虚线框中画出实验电路图。(3)如图所示，P为IU图线上的一点，PN为图线上P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将_(选填“增大”“减

16、小”或“不变”)；对应P点，小灯泡的电阻值约为_ 。(结果保留三位有效数字)解析(1)灯泡额定电压为4 V，电压表选A。灯泡额定电流I A0.5 A，则电流表选D。为方便实验操作，滑动变阻器选E。(2)电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡正常发光时电阻R 8 ，20，1 250，则电流表应采用外接法，电路图如图所示。(3)由图象可知，随着所加电压的增加，通过小灯泡的电流增大，电压与电流的比值也增大，即灯泡电阻增大；在P点U2.4 V，I0.45 A，此时灯泡电阻R 5.33 。答案(1)ADE(2)电路图见解析(3)增大5.337如图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线

17、”实验的实物连接图。甲 乙(1)根据图甲在虚线框内画出实验电路图。(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_。解析(1)根据实物图画出电路图如图所示。(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 A50.10 A，的读数为0.02 A120.24 A，的读数为0.1 V20.02.00 V，的读数为0.1 V2.70.27 V。两组数据得到的电阻R1 8.3 ，R2 2.7 。答案(1)电路图见解析(2)0.10 A0.24 A2.00 V0.27 V(8.30.1)(2.70.1)(后两空答案可互换)