2017-2018學年高中物理 第二章 直流電路 第4講 學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學案 教科版選修3-1.doc
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第4講 學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線 [目標定位] 1.會正確選擇實驗器材和實驗電路.2.描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法． 一、實驗原理 1．實驗方法原理 由于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．實驗電路選擇原理 (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 測量值和真實值的比較 R測＝＝R＋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＞ 兩種電路的選擇： ①阻值比較法：當＞時，選用電流表外接法；當＞時，選用電流表內(nèi)接法． ②臨界值計算法：當R＜時，用電流表外接法；當R＞時，用電流表內(nèi)接法． (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 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(diào)壓范圍 U～U 0～U 適用情況 負載電阻的阻值R與滑動變阻器的總電阻R0相差不多，或R0稍大，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)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(diào) (2)負載電阻的阻值R遠大于滑動變阻器的總電阻R0 二、實驗器材 學生電源(4～6 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、坐標紙． 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，在方框中畫出實驗的電路圖，并按電路圖連接好實物圖． (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(jié)果與數(shù)據(jù)分析 (1)結(jié)果：描繪出的小燈泡的伏安特性曲線不是直線，而是曲線． (2)分析：曲線的斜率變小，即電阻變大，說明小燈泡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． (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(nèi)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 圖1為“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為3 V. 圖1 (1)在方框圖中畫出與實物電路相應的電路圖． (2)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，應停留在滑動變阻器________端；(選填“左”或“右”) ②閉合開關(guān)后，逐漸移動變阻器的滑片，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； ③記錄如下一組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖2中作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線. 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 燈光發(fā)光情況 不亮 微亮 逐漸變亮 正常發(fā)光 圖2 (3)數(shù)據(jù)分析： ①從圖線上可以得出，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是___________________ _______． ②圖線表明導體的電阻隨溫度升高而____________． ③小燈泡正常工作時的電阻約為________．(保留小數(shù)點后一位有效數(shù)字) 解析 (1)根據(jù)實物電路作出電路圖如下： (2)①為保護電路安全，開關(guān)閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應該置于左端． ②根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的I－U圖線 (3)①從圖線上可以得出，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大． ②圖線表明導體的電阻隨溫度升高而增大． ③根據(jù)I－U圖線得當燈泡兩端電壓U＝3 V時，I＝0.205 A，所以小燈泡正常工作時的電阻約為R＝ Ω≈14.6 Ω. 答案 (1)見解析圖 (2)①左?、谝娊馕鰣D (3)①先不變，后逐漸增大?、谠龃蟆、?4.6 1．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(nèi)阻5 kΩ) 電流表A1(量程0～100 mA，內(nèi)阻4 Ω) 電流表A2(量程0～500 mA，內(nèi)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500 Ω，額定電流0.5 A) 直流電源E，約為6 V (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(nèi)畫出實驗的電路圖，并在圖中注明各元件的符號． 答案 (1)R1 A2 (2)電路圖見解析圖 解析 (1)本題變壓器采用分壓式接法，通常應當選用最大阻值較小的滑動變阻器，故滑 動變阻器應選R1.電流表A1的量程太小，故電流表應選A2. (2)電路圖如圖所示，由于電壓要從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器用分壓式接法；因為燈泡的電阻比較小，電流表用外接法． 2．一個小燈泡上標有“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(nèi)阻10 kΩ) B．電壓表(0～15 V，內(nèi)阻20 kΩ) C．電流表(0～3 A，內(nèi)阻1 Ω) D．電流表(0～0.6 A，內(nèi)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．電源(直流6 V)、開關(guān)、導線若干 圖3 (1)實驗時，選用圖3中________電路圖來完成實驗，請說明理由：_____________________ ___________________________________________________. (2)實驗中所用電壓表應選______，電流表應選______，滑動變阻器應選________．(用字母序號表示) (3)把圖4所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖． 圖4 答案 (1)甲 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)如圖所示 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，故采用圖甲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，則電壓表選量程為0～5 V的A而舍棄量程為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 Ω，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＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡內(nèi)阻的＝1 250倍，故電流表采用外接法. 1．在圖1中，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(nèi)接法 B．甲中R測>R真，乙中R測下載提示(請認真閱讀)
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