2017年高中物理 第3章 恒定電流 第5講 實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)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(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 魯科版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017年高中物理 第3章 恒定電流 第5講 實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 魯科版選修3-1（13頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第5講　實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線 [目標(biāo)定位]　1.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法.2.會(huì)正確選擇實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理 由于通過(guò)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(biāo)系中，圖線上點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率等于電阻的倒數(shù)，故畫(huà)出的小燈泡的I－U圖線為曲線． 2．實(shí)驗(yàn)器材 學(xué)生電源(4～6V直流)或電池組、小燈泡(“4V,0.7A”或“3.8V,0.3A”)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙． 3．實(shí)

2、驗(yàn)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?yàn)闊襞莸碾娮桦S溫度的升高而增大，又因?yàn)閳D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(shí)驗(yàn)原理 1．電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 內(nèi)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(cè)量值和真實(shí)值的比較 R測(cè)＝＝Rx＋RA 測(cè)量值大于真實(shí)值 R測(cè)＝＝ 測(cè)量值小于真實(shí)值 適用于測(cè)量 測(cè)大電阻，或＞ 測(cè)小電阻或＞ 2.滑動(dòng)變阻器的兩種接法比較 接法 項(xiàng)目 限流式 分壓式 電路 組成

3、 變阻器 接入電 路的特點(diǎn) 采用“一上一下”的接法 采用“兩下一上”的接法 調(diào)壓 范圍 ～U 0～U 適用情況 負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動(dòng)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)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào) (2)負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R 二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)根據(jù)小燈泡上所標(biāo)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(shí)物圖．(注意開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零) 圖2 (2)閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(cè)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(kāi)開(kāi)關(guān)，整理好器材． 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標(biāo)系． (2)在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)．(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜) (3)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)，就得到小燈泡的伏安特性曲線． 3．實(shí)驗(yàn)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

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(shuō)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(wú)窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)誤差． (2)測(cè)量誤差：測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來(lái)誤差． (3)作圖誤差：在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差． 5．注意事項(xiàng) (1)本實(shí)驗(yàn)要作I－U圖線，要求測(cè)出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動(dòng)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(huà)I－U圖線時(shí)縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中

6、，所描繪圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜，不要畫(huà)成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對(duì)個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去． 例1　有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V,2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I－U圖線．現(xiàn)有下列器材供選用： A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ) B．電壓表(0～15V，內(nèi)阻20kΩ) C．電流表(0～3A，內(nèi)阻1Ω) D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.4Ω) E．滑動(dòng)變阻器(10Ω，2A) F．滑動(dòng)變阻器(500Ω，1A) G．學(xué)生電源(直流6V)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖3中甲而不選用圖乙的電路圖來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)說(shuō)明理由：____________

7、__ ________________________________________________________________________. (2)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選________，電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(用序號(hào)字母表示) (3)把圖4中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖． 圖4 答案　(1)描繪燈泡的I－U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開(kāi)始，并要多取幾組數(shù)據(jù)　(2)A　D　E (3)如下圖所示． 解析　因?qū)嶒?yàn)?zāi)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(kāi)始調(diào)節(jié)

8、，且能方便地測(cè)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(dòng)變阻器F的最大阻值遠(yuǎn)大于小燈泡內(nèi)阻8Ω，調(diào)節(jié)不方便，電壓變化與變阻器使用部分的長(zhǎng)度線性關(guān)系差，故舍去．小燈泡內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻的＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡的＝1250倍，故電流表采用了外接法． 例2　某同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中得到如下表所示的幾組U和I的數(shù)據(jù)： 編號(hào) 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(huà)出I－U圖象． 圖6 (2)從圖象上可以看出，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，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(jiàn)解析圖　(2)開(kāi)始時(shí)不變，后來(lái)增大　(3)增大 解析　畫(huà)出I－U圖象如圖所示，曲線開(kāi)始呈直線狀說(shuō)明開(kāi)始時(shí)電阻不變，后來(lái)斜率逐漸減小說(shuō)明電阻增大． 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)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(nèi)阻約為0.5Ω C．電流表：量程0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω D．電壓表：量程0～5V，內(nèi)阻約為5kΩ E．滑動(dòng)變阻器：阻值范圍0～10Ω，額定電流2A F．電池組：電動(dòng)勢(shì)6V G．開(kāi)關(guān)一只，導(dǎo)線若干 (1)為了使測(cè)量盡可能地準(zhǔn)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(jìn)行調(diào)節(jié)，因此電流表應(yīng)選________．(填器材前選項(xiàng)) (2)根據(jù)你選用的實(shí)驗(yàn)電路，將圖5所示的器材連成實(shí)物電路． 圖5 答案　(1)B　(2)見(jiàn)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(yīng)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(dòng)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(shí)物圖如圖乙所示． 　 1．在圖1所示，甲、乙兩圖分別為測(cè)燈泡電阻R的電路圖，下列說(shuō)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(nèi)接法 B．甲圖中R測(cè)>R真，乙中R測(cè)

12、值偏大，由R＝可知，R測(cè)＜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(cè)小電阻；乙圖由于電流表的分壓，導(dǎo)致電壓的測(cè)量值偏大．由R＝得R測(cè)＞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(cè)大電阻，B錯(cuò)誤；C、D正確．故選B. 2．伏安法測(cè)電阻，當(dāng)被測(cè)電阻的阻值不能估計(jì)時(shí)，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(diǎn)，另一端先后接到b點(diǎn)和c點(diǎn)．注意觀察兩個(gè)電表的示數(shù)，若電流表的示數(shù)有顯著變化，則待測(cè)電阻的阻值跟________表的內(nèi)阻可比擬，電壓表的兩端應(yīng)接在a和________點(diǎn)．若電壓表的示數(shù)有顯著變化，則待測(cè)電阻的阻值跟________表的內(nèi)阻可比擬，

13、電壓表應(yīng)接在a和________兩點(diǎn)． 圖2 答案　電壓　c　電流　b 解析　若電流表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表的分流作用較大，即說(shuō)明電壓表的內(nèi)阻不是很大，則待測(cè)電阻的阻值跟電壓表的內(nèi)阻可比擬，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，即電壓表的兩端應(yīng)接在a和c之間；若電壓表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電流表的分壓作用較明顯，即電流表的內(nèi)阻與待測(cè)電阻可比擬，應(yīng)采用電流表的外接法，即電壓表應(yīng)接在a、b之間． 3．在探究小燈泡的伏安特性實(shí)驗(yàn)中，所用器材有：燈泡L、量程恰當(dāng)?shù)碾娏鞅鞟和電壓表V、直流電源E、滑動(dòng)變阻器R、開(kāi)關(guān)S等，要求燈泡兩端電壓從0開(kāi)始變化． (1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用________接法(填“分壓

14、”或“限流”)． (2)某同學(xué)已連接如圖3所示的電路，在連接最后一根導(dǎo)線的c端到直流電源正極之前，請(qǐng)指出其中僅有的2個(gè)不當(dāng)之處，并說(shuō)明如何改正． 圖3 ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. 答案　(1)分壓 (2)①開(kāi)關(guān)S不應(yīng)閉合，應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài) ②滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭p位置不當(dāng)，應(yīng)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(duì)溫度很敏感)的I－U關(guān)系曲線圖． 　 甲　　　　　　　　乙 丙　　　　　丁 圖4 (1)為了通過(guò)測(cè)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(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖________，簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：____________________________________________. (電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)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(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)_____V；電阻R2的阻值為_(kāi)___

16、____Ω. 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(dòng)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I－U圖線，故選圖乙． (2)通過(guò)R1的電流為I1＝＝A＝36mA，通過(guò)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(shí)驗(yàn)中，可供選擇的實(shí)驗(yàn)儀器如下： 小燈泡L，“3.8V,0.3A” 電壓表V，量程0～5V，內(nèi)阻5kΩ 電流表A1，量程0～100mA，

17、內(nèi)阻4Ω 電流表A2，量程0～500mA，內(nèi)阻0.4Ω 滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值10Ω，額定電流1.0A 滑動(dòng)變阻器R2，最大阻值5Ω，額定電流0.5A 直流電源E，電動(dòng)勢(shì)約為6V 開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干 (1)在上述器材中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________；電流表應(yīng)選________． (2)在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)的電路圖，并在圖中注明各元件的符號(hào)． (3)某實(shí)驗(yàn)小組完成實(shí)驗(yàn)后利用實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在I－U坐標(biāo)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(dòng)變阻器采用分壓接法，通常應(yīng)當(dāng)選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，但本題中如果選用R2，則電路中的電流會(huì)超過(guò)R2允許通過(guò)的最大電流，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)當(dāng)選擇R1.電流表A1的量程太小，故電流表應(yīng)當(dāng)選擇A2. (2)電路如右圖所示，由于電壓要從0開(kāi)始測(cè)量，滑動(dòng)變阻器用分壓接法；因?yàn)闊襞莸膬?nèi)阻比較小，電流表用外接法． (3)隨著通過(guò)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(shí)驗(yàn)中，用導(dǎo)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(diào)零．閉合開(kāi)關(guān)后：(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(dǎo)線斷路． 圖6 (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中還測(cè)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(shuō)法正確的是(　　) A．a(chǎn)可以作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用 B．b能作為標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(shuō)明滑動(dòng)變阻器不起分壓作用，所以可能是g導(dǎo)線斷路．

20、(2)因a元件的IU線是直線，說(shuō)明電阻隨電壓的變化不變，故可作為標(biāo)準(zhǔn)電阻，故A對(duì)，B錯(cuò)．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(duì)，D錯(cuò)，選A、C. 7．某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定一個(gè)阻值約為5Ω的電阻Rx的阻值． (1)現(xiàn)有電源(4V，內(nèi)阻可不計(jì))、滑動(dòng)變阻器(0～50Ω，額定電流2A)、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干，以及下列電表： A．電流表(0～3A，內(nèi)阻約0.025Ω) B．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω) C．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ) D．電壓表(0～15V，內(nèi)阻約15kΩ) 為減小測(cè)量誤差，在實(shí)驗(yàn)中，電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用_____

21、___(選填器材前的字母)；實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)采用圖7中的________(選填“甲”或“乙”)． 圖7 (2)圖8是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線．請(qǐng)根據(jù)在(1)問(wèn)中所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線． 圖8 (3)接通開(kāi)關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片P的位置，并記錄對(duì)應(yīng)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(cè)量值Rx＝＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． 圖9 (4)若在(1)問(wèn)中選用甲電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是________；若在(1)問(wèn)中選用乙電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是________．(選填選項(xiàng)前的字母) A．電流表測(cè)

22、量值小于流經(jīng)Rx的電流值 B．電流表測(cè)量值大于流經(jīng)Rx的電流值 C．電壓表測(cè)量值小于Rx兩端的電壓值 D．電壓表測(cè)量值大于Rx兩端的電壓值 答案　(1)B　C　甲　(2)見(jiàn)解析　(3)5.2　(4)B　D 解析　(1)為了減小誤差，應(yīng)使電表讀數(shù)為量程的～，電源電動(dòng)勢(shì)為4V，故電壓表選C.估算通過(guò)Rx的最大電流約為Im＝A＝0.6A，所以電流表應(yīng)選B.因?yàn)椋荆噪娏鞅響?yīng)外接，即應(yīng)采用甲電路，測(cè)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(chǎn)生誤差的主要原因是電壓表的分流作用，選項(xiàng)B正確．乙電路中

23、產(chǎn)生誤差的主要原因是電流表的分壓作用，故選項(xiàng)D正確． 8．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)測(cè)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(guān)系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖11所示，請(qǐng)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(diǎn)：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(gè)區(qū)間：第一區(qū)間電流很小時(shí)，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(zhuǎn)化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢． 13