2017届高中物理第3章恒定电流第5讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学案鲁科版选修.docx

第5讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线目标定位1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.会正确选择实验器材和实验电路.3.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法1实验原理由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升高而增大，因此灯丝的电阻随温度的升高而增大由R得，在IU坐标系中，图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，故画出的小灯泡的IU图线为曲线2实验器材学生电源(46V直流)或电池组、小灯泡(“4V,0.7A”或“3.8V,0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸3实验电路图(如图1所示)图1想一想小灯泡的伏安特性曲线是向上弯曲的还是向下弯曲的？答案因为灯泡的电阻随温度的升高而增大，又因为图线的斜率表示小灯泡电阻的倒数，所以小灯泡的伏安特性曲线是向下倾斜的曲线一、探究实验原理1电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表的分压电压表的分流测量值和真实值的比较R测RxRA测量值大于真实值R测测量值小于真实值适用于测量测大电阻，或测小电阻或2.滑动变阻器的两种接法比较接法项目限流式分压式电路组成变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法调压范围U0U适用情况负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R二、实验过程1实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图2所示的电路图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)图2(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.(3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表.次数12345678电压U/V电流I/A(4)断开开关，整理好器材2数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线3实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线(2)分析：小灯泡灯丝的伏安特性曲线是曲线的原因是小灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大4误差分析(1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差(2)测量误差：测量时读数带来误差(3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差5注意事项(1)本实验要作IU图线，要求测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法(3)画IU图线时纵轴、横轴的标度要适中，所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去例1有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线现有下列器材供选用：A电压表(05V，内阻10k) B电压表(015V，内阻20k)C电流表(03A，内阻1) D电流表(00.6A，内阻0.4)E滑动变阻器(10，2A) F滑动变阻器(500，1A)G学生电源(直流6V)、开关、导线若干图3(1)实验时，选用图3中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_.(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)(3)把图4中所示的实验器材用实线连接成实物电路图图4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)如下图所示解析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，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据因小灯泡额定电压为4V，则电压表选05V的A而舍弃015V的B，因15V的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流I0.5A，则电流表只能选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8，调节不方便，电压变化与变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去小灯泡内阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡的1250倍，故电流表采用了外接法例2某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在图6中画出IU图象图6(2)从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_答案(1)IU图象见解析图(2)开始时不变，后来增大(3)增大解析画出IU图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来斜率逐渐减小说明电阻增大在“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“3.8V,0.3A”B电流表：量程00.6A，内阻约为0.5C电流表：量程03A，内阻约为0.1D电压表：量程05V，内阻约为5kE滑动变阻器：阻值范围010，额定电流2AF电池组：电动势6VG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3.8V且能方便地进行调节，因此电流表应选_(填器材前选项)(2)根据你选用的实验电路，将图5所示的器材连成实物电路图5答案(1)B(2)见解析图解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3A，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1在图1所示，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确的是()图1A甲图的接法叫电流表外接法，乙图的接法叫电流表内接法B甲图中R测R真，乙中R测R真C甲图中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应使RRV，故此法测较小电阻好D乙图中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使RRA，故此法测较大电阻好答案B解析甲图叫做电流表的外接，乙图叫做电流表的内接，A正确；甲图由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由R可知，R测R真；R越小，电压表分流越小，误差越小，因此这种接法适合测小电阻；乙图由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大由R得R测R真，R越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，B错误；C、D正确故选B.2伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图2所示，让电压表一端接在电路上a点，另一端先后接到b点和c点注意观察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表的两端应接在a和_点若电压表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表应接在a和_两点图2答案电压c电流b解析若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，即说明电压表的内阻不是很大，则待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采用电流表内接法，即电压表的两端应接在a和c之间；若电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用较明显，即电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采用电流表的外接法，即电压表应接在a、b之间3在探究小灯泡的伏安特性实验中，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_接法(填“分压”或“限流”)(2)某同学已连接如图3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2个不当之处，并说明如何改正图3_._.答案(1)分压(2)开关S不应闭合，应处于断开状态滑动变阻器滑动触头p位置不当，应将其置于b端4如图4甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图甲乙丙丁图4(1)为了通过测量得到如图甲所示IU关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图_，简要说明理由：_.(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100)(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1250.由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_.答案(1)乙图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压(2)5.2111.8解析(1)图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压，从而能够得到完整IU图线，故选图乙(2)通过R1的电流为I1A36mA，通过热敏电阻的电流I2II1(7036) mA34mA，由图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2V，电阻R2111.8.5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：小灯泡L，“3.8V,0.3A”电压表V，量程05V，内阻5k电流表A1，量程0100mA，内阻4电流表A2，量程0500mA，内阻0.4滑动变阻器R1，最大阻值10，额定电流1.0A滑动变阻器R2，最大阻值5，额定电流0.5A直流电源E，电动势约为6V开关S及导线若干(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中，描绘出如图5所示的小灯泡的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)()图5答案(1)R1A2(2)电路图如解析图所示(3)BD解析(1)本题滑动变阻器采用分压接法，通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，但本题中如果选用R2，则电路中的电流会超过R2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R1.电流表A1的量程太小，故电流表应当选择A2.(2)电路如右图所示，由于电压要从0开始测量，滑动变阻器用分压接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法(3)随着通过小灯泡电压电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P知B图正确，由PI2R知D图正确6在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图6所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后：(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路图6(2)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图中的(a)、(b)、(c)，下列说法正确的是()Aa可以作为标准电阻使用Bb能作为标准电阻使用Cb的阻值随电压升高而增大Dc的阻值随电压升高而增大答案(1)g(2)AC解析(1)若调节滑动变阻器，小电珠的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路(2)因a元件的IU线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A对，B错因IU线的斜率的倒数的变化表示电阻值的变化，故C对，D错，选A、C.7某同学通过实验测定一个阻值约为5的电阻Rx的阻值(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(050，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：A电流表(03A，内阻约0.025) B电流表(00.6A，内阻约0.125)C电压表(03V，内阻约3k) D电压表(015V，内阻约15k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图7中的_(选填“甲”或“乙”)图7(2)图8是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线图8(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图9所示，可得该电阻的测量值Rx_(保留两位有效数字)图9(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经Rx的电流值B电流表测量值大于流经Rx的电流值C电压表测量值小于Rx两端的电压值D电压表测量值大于Rx两端的电压值答案(1)BC甲(2)见解析(3)5.2(4)BD解析(1)为了减小误差，应使电表读数为量程的，电源电动势为4V，故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为ImA0.6A，所以电流表应选B.因为，所以电流表应外接，即应采用甲电路，测量误差较小(2)(3)电流表、电压表的读数分别为I0.50AU2.60V所以Rx5.2.(4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，选项B正确乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，故选项D正确8在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流、电压的数据如下表所示：电流I/mA2.75.