2017年高中物理 第3章 恒定電流 第5講 實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學案 魯科版選修3-1

《2017年高中物理 第3章 恒定電流 第5講 實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學案 魯科版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2017年高中物理 第3章 恒定電流 第5講 實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學案 魯科版選修3-1（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第5講　實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線 [目標定位]　1.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法.2.會正確選擇實驗器材和實驗電路.3.描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法． 1．實驗原理 由于通過小燈泡的電流越大，燈絲的溫度越高，燈絲的電阻率隨溫度的升高而增大，因此燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．由R＝得，在I－U坐標系中，圖線上點與原點連線的斜率等于電阻的倒數(shù)，故畫出的小燈泡的I－U圖線為曲線． 2．實驗器材 學生電源(4～6V直流)或電池組、小燈泡(“4V,0.7A”或“3.8V,0.3A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、鉛筆、坐標紙． 3．實

2、驗電路圖(如圖1所示) 圖1 想一想　小燈泡的伏安特性曲線是向上彎曲的還是向下彎曲的？ 答案　因為燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，又因為圖線的斜率表示小燈泡電阻的倒數(shù)，所以小燈泡的伏安特性曲線是向下傾斜的曲線． 一、探究實驗原理 1．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 測大電阻，或＞ 測小電阻或＞ 2.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

3、 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 ～U 0～U 適用情況 負載電阻的阻值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)要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調 (2)負載電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器的總電阻R 二、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2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2 (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

4、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

5、直線，而是向橫軸彎曲的曲線． (2)分析：小燈泡燈絲的伏安特性曲線是曲線的原因是小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． (3)作圖誤差：在坐標紙上描點、作圖帶來誤差． 5．注意事項 (1)本實驗要作I－U圖線，要求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

6、，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，對個別偏離較遠的點應舍去． 例1　有一個小燈泡上標有“4V,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)有下列器材供選用： A．電壓表(0～5V，內阻10kΩ) B．電壓表(0～15V，內阻20kΩ) C．電流表(0～3A，內阻1Ω) D．電流表(0～0.6A，內阻0.4Ω) E．滑動變阻器(10Ω，2A) F．滑動變阻器(500Ω，1A) G．學生電源(直流6V)、開關、導線若干 圖3 (1)實驗時，選用圖3中甲而不選用圖乙的電路圖來完成實驗，請說明理由：____________

7、__ ________________________________________________________________________. (2)實驗中所用電壓表應選________，電流表應選用________，滑動變阻器應選用________．(用序號字母表示) (3)把圖4中所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖． 圖4 答案　(1)描繪燈泡的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)如下圖所示． 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)

8、，且能方便地測多組數(shù)據(jù)．因小燈泡額定電壓為4V，則電壓表選0～5V的A而舍棄0～15V的B，因15V的量程太大，讀數(shù)誤差大，小燈泡的額定電流I＝0.5A，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8Ω，調節(jié)不方便，電壓變化與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＝1250倍，故電流表采用了外接法． 例2　某同學在做“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

9、 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6中畫出I－U圖象． 圖6 (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________． 答案　(1)I－U圖象見解析圖　(2)開始時不變，后來增大　(3)增大 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，后來斜率逐漸減小說明電阻增大． 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．

10、小燈泡：規(guī)格為“3.8V,0.3A” B．電流表：量程0～0.6A，內阻約為0.5Ω C．電流表：量程0～3A，內阻約為0.1Ω D．電壓表：量程0～5V，內阻約為5kΩ E．滑動變阻器：阻值范圍0～10Ω，額定電流2A F．電池組：電動勢6V 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3.8V且能方便地進行調節(jié)，因此電流表應選________．(填器材前選項) (2)根據(jù)你選用的實驗電路，將圖5所示的器材連成實物電路． 圖5 答案　(1)B　(2)見解析圖 解析　(1)因小燈泡的額定電流為0.3A，為減小讀數(shù)誤差，應讓指

11、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，電路圖如圖甲所示，由電路圖連接的實物圖如圖乙所示． 　 1．在圖1所示，甲、乙兩圖分別為測燈泡電阻R的電路圖，下列說法不正確的是(　　) 圖1 A．甲圖的接法叫電流表外接法，乙圖的接法叫電流表內接法 B．甲圖中R測>R真，乙中R測

12、值偏大，由R＝可知，R測＜R真；R越小，電壓表分流越小，誤差越小，因此這種接法適合測小電阻；乙圖由于電流表的分壓，導致電壓的測量值偏大．由R＝得R測＞R真，R越大，電流表的分壓越小，誤差越小，因此這種接法適用于測大電阻，B錯誤；C、D正確．故選B. 2．伏安法測電阻，當被測電阻的阻值不能估計時，可采用試接的辦法，如圖2所示，讓電壓表一端接在電路上a點，另一端先后接到b點和c點．注意觀察兩個電表的示數(shù)，若電流表的示數(shù)有顯著變化，則待測電阻的阻值跟________表的內阻可比擬，電壓表的兩端應接在a和________點．若電壓表的示數(shù)有顯著變化，則待測電阻的阻值跟________表的內阻可比擬，

13、電壓表應接在a和________兩點． 圖2 答案　電壓　c　電流　b 解析　若電流表示數(shù)變化明顯，說明電壓表的分流作用較大，即說明電壓表的內阻不是很大，則待測電阻的阻值跟電壓表的內阻可比擬，應采用電流表內接法，即電壓表的兩端應接在a和c之間；若電壓表示數(shù)變化明顯，說明電流表的分壓作用較明顯，即電流表的內阻與待測電阻可比擬，應采用電流表的外接法，即電壓表應接在a、b之間． 3．在探究小燈泡的伏安特性實驗中，所用器材有：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、開關S等，要求燈泡兩端電壓從0開始變化． (1)實驗中滑動變阻器應采用________接法(填“分壓

14、”或“限流”)． (2)某同學已連接如圖3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3 ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. 答案　(1)分壓 (2)①開關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 4．如圖4甲所示為某一

15、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． 　 甲　　　　　　　　乙 丙　　　　　丁 圖4 (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：____________________________________________. (電源電動勢為9V，內阻不計，滑動變阻器的阻值為0～100Ω) (2)在如圖丁所示的電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω.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____

16、____Ω. 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I－U圖線，故選圖乙． (2)通過R1的電流為I1＝＝A＝36mA，通過熱敏電阻的電流I2＝I－I1＝(70－36) mA＝34mA，由圖甲可知熱敏電阻兩端的電壓為5.2V，電阻R2＝Ω≈111.8Ω. 5．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，“3.8V,0.3A” 電壓表V，量程0～5V，內阻5kΩ 電流表A1，量程0～100mA，

17、內阻4Ω 電流表A2，量程0～500mA，內阻0.4Ω 滑動變阻器R1，最大阻值10Ω，額定電流1.0A 滑動變阻器R2，最大阻值5Ω，額定電流0.5A 直流電源E，電動勢約為6V 開關S及導線若干 (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)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5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5 答案　(1)R1　A2　(2)電路

18、圖如解析圖所示　(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較小的滑動變阻器，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)電路如右圖所示，由于電壓要從0開始測量，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)隨著通過小燈泡電壓電流的增大，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． 6．在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中，用導線a、b、c、d、e、f、g和h按圖6所示方式連接好電路，電路中所有

19、元器件都完好，且電壓表和電流表已調零．閉合開關后：(1)若不管怎樣調節(jié)滑動變阻器，小電珠亮度能發(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． 圖6 (2)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中的(a)、(b)、(c)，下列說法正確的是(　　) 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，小電珠的亮度變化，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．

20、(2)因a元件的IU線是直線，說明電阻隨電壓的變化不變，故可作為標準電阻，故A對，B錯．因I－U線的斜率的倒數(shù)的變化表示電阻值的變化，故C對，D錯，選A、C. 7．某同學通過實驗測定一個阻值約為5Ω的電阻Rx的阻值． (1)現(xiàn)有電源(4V，內阻可不計)、滑動變阻器(0～50Ω，額定電流2A)、開關和導線若干，以及下列電表： A．電流表(0～3A，內阻約0.025Ω) B．電流表(0～0.6A，內阻約0.125Ω) C．電壓表(0～3V，內阻約3kΩ) D．電壓表(0～15V，內阻約15kΩ) 為減小測量誤差，在實驗中，電流表應選用________，電壓表應選用_____

21、___(選填器材前的字母)；實驗電路應采用圖7中的________(選填“甲”或“乙”)． 圖7 (2)圖8是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線．請根據(jù)在(1)問中所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線． 圖8 (3)接通開關，改變滑動變阻器滑片P的位置，并記錄對應的電流表示數(shù)I、電壓表示數(shù)U.某次電表示數(shù)如圖9所示，可得該電阻的測量值Rx＝＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． 圖9 (4)若在(1)問中選用甲電路，產生誤差的主要原因是________；若在(1)問中選用乙電路，產生誤差的主要原因是________．(選填選項前的字母) A．電流表測

22、量值小于流經Rx的電流值 B．電流表測量值大于流經Rx的電流值 C．電壓表測量值小于Rx兩端的電壓值 D．電壓表測量值大于Rx兩端的電壓值 答案　(1)B　C　甲　(2)見解析　(3)5.2　(4)B　D 解析　(1)為了減小誤差，應使電表讀數(shù)為量程的～，電源電動勢為4V，故電壓表選C.估算通過Rx的最大電流約為Im＝A＝0.6A，所以電流表應選B.因為＞，所以電流表應外接，即應采用甲電路，測量誤差較小． (2) (3)電流表、電壓表的讀數(shù)分別為I＝0.50A　U＝2.60V 所以Rx＝＝5.2Ω. (4)甲電路中產生誤差的主要原因是電壓表的分流作用，選項B正確．乙電路中

23、產生誤差的主要原因是電流表的分壓作用，故選項D正確． 8．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，某同學測得電流、電壓的數(shù)據(jù)如下表所示： 電流I/mA 2.7 5.4 12.4 19.5 27.8 36.4 47.1 56.1 69.6 81.7 93.2 電壓U/V 0.04 0.08 0.21 0.54 1.30 2.20 3.52 4.77 6.90 9.12 11.46 (1)用上表數(shù)據(jù)在圖10中描繪電壓隨電流的變化曲線； 圖10 (2)為了探究燈絲電阻與溫度的關系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖11所示，請指出圖線的特征，并解釋形成的原因． 圖11 答案　(1)如圖所示 (2)特點：電阻隨電流增大而增大 電阻隨電流的變化快慢不同，存在三個區(qū)間：第一區(qū)間電流很小時，電阻變化不大；第二區(qū)間燈絲溫度升高快，電阻增大快；第三區(qū)間部分電能轉化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢． 13