粵教高中物理選修(3-1)實驗《描繪小燈泡的伏安特性曲線》學案

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1、2019最新粵教版高中物理選修（3-1）實驗《描繪小燈泡的伏安特 性曲線》學案 ［學習目標定位］1.會正確地選擇實驗器材和實驗電路 .2.描繪小燈泡的伏安特性曲線 ，掌握 分析圖線的方法. 知識?儲備區(qū) 媼故追本湖謨推陣方可樂新 1 .實驗原理 用電流表測出流過小燈泡的電流 ,用電壓表測出小燈泡兩端的電壓 ，測出多組（UI）值，在I —U坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來. 2 .實驗器材 學生電源（4 V?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

2、紙. 3 .測小燈泡伏安特性曲線的電路圖： .~~: 4I=~ 11 — 內(nèi)接法 外接法 電路圖 —J ——W 1—■ ⑨- 卜 凡 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 Um R#= ~~= R+ RA I測 測量值大于真實值 U則 3 ~測=1n = 1 1 1 I 測 I x + I V 測量值小于真實值  適用于測量 測義填“大”或“小”)電 R R 阻或R>R K R( 測生(填“大”或“小”)電 FV R 阻或R>R R rF\ 、滑動變阻器的兩種接法比較 接法項

3、目 限流式 分壓式 電路組成 -_I - 1 - 1 1 - 4中 y ? 氏；I ?—1>— 變阻器接入電 路的特點 采用“一上 一下”的接法 米用“兩匚^ 上”的接法 調(diào)壓范圍 ER e R+ R E (不計電源內(nèi)阻) Q?E (不計電源內(nèi)阻) 適用情況 待測電阻的阻值 R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(diào)起 (1)要求待測電阻上電壓或電 流變化范圍較大，且從雯開始 連續(xù)可調(diào) (2)待測電阻的阻值R 滑動變阻器的總電阻 R 實驗過程 1 .實驗步驟 (1)根據(jù)小燈泡上所

4、標的額定值 ,確定電流表、電壓表的量程—,按圖1所示的電路圖連接好實 物圖.(注意開關(guān)應斷開，滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零 _) ——— 圖1 (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

5、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)將描出的點用平滑白曲線連接起來 ,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：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線 ，而是向槿鐘彎曲的曲線. (2)分析：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，電阻變火，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(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. 5 .注意事項 (1)因I — U圖線是曲

6、線，本實驗要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 ，以使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜 ，不要畫 成折線，應該用平滑的曲線連接，個別偏離較遠的點應舍去. 占典例薊 例1有一個小燈泡上標有“4 V 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)有下列器材供選擇： A.電壓表(0?5 V,內(nèi)阻10 k Q) B.電壓表(0?15 V,內(nèi)阻20 k Q ) C.電流表(0?3 A,內(nèi)阻1 Q) D.電流表(0?0.6 A,內(nèi)阻0.4 Q)

7、 E.滑動變阻器(10 Q ,2 A) F.滑動變阻器(500 Q ,1 A) G學生電源(直流6 V)、開關(guān)、導線若干 ⑴實驗時，選用圖2中甲而不選用圖乙的電路圖來完成實驗，請說明理由： 甲 乙 圖2 (2)實驗中所用電壓表應選用,電流表應選用,滑動變阻器應選用 .(用序號字母表示). (3)把圖3中所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖. 圖3 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 用甲圖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0?5

8、V的A而舍棄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 ◎，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 總~=20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡的10：10 = 1 250倍，故 0.4 8 電流表采用了外接法. 答案(1)描繪小燈泡的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 ⑶如圖所示. 例2某同學在“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P 1 2

9、 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 ⑴在圖4中畫出I —U圖象. 11 / 12 圖4 （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 . 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 ，后來逐漸靠近 U軸 說明電阻增大. 答案（1）見解析圖 （2）開

10、始時不變，后來增大 （3）增大 檢測學習效果體驗成功快樂 自我?檢測區(qū) 要測繪一個標有“3 V 0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線 ，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加 到3 V,并便于操作.已選用的器材有： 電池組（電動勢為4.5 V,內(nèi)阻約1 ◎）; 電流表（量程為0?250 mA,內(nèi)阻約5 ◎）; 電壓表（量程為0?3 V,內(nèi)阻約3 k ◎）; 電鍵一個、導線若干. （1）實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的 （填字母代號）. A.滑動變阻器（最大阻值20 ◎，額定電流1 A） B.滑動變阻器（最大阻值1 750 ◎，額定電流0.3 A） （2）實驗的電路圖應選用下列的

11、圖 （填字母代號）. A 答案（1）A （2）B 解析（1）根據(jù)“燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到 3 V,并便于操作”可知控制電路必 定為“分壓電路”，而“分壓電路”需要用總阻值較小的滑動變阻器 ，故選A. , , ………R 15 —R/ 3000 （2）在（1）中已經(jīng)明確了控制電路 ，繼續(xù)要選擇電流表的接法 ，題中百="5=3，而R = 7 = 200,可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯 ，故而應選擇電流表的外接法 ，綜上 可知B選項的電路圖正確. 40分鐘課時作業(yè) 瑁千回而后曉聲，現(xiàn)千劍而后祝育 1.（單選）用電流表和電壓表測量電阻 R的阻值.

12、如圖1所示，分別將圖（a）和（b）兩種測量 電路連接到電路中，按照（a）圖時，電流表示數(shù)為4.60 mA,電壓表示數(shù)為2.50 V ;按照（b）圖 時，電流表示數(shù)為5.00 mA,電壓表示數(shù)為2.30 V,比較這兩次結(jié)果，正確的是（ ） I——@—— —— A.電阻的真實值更接近 B.電阻的真實值更接近 C.電阻的真實值更接近 D.電阻的真實值更接近 (a) (b) 圖1 543 Q ,且大于543 Q 543 Q ,且小于543 Q 460 Q ,且大于460 Q 460 Q ,且小于460 Q 答案 B 解析 比較題圖（a）、（b）的電壓讀數(shù)，可知

13、 AU= 0.20 V,則乎=020 =0.08;電流變化 U 2.50 △ I 0.40 △ I △ U --、，，『“ 、 AI"40 mA,則丁 =病"087,可見下滴，即電流變化明顯一些,可見電壓表內(nèi)阻帶 來的影響比電流表內(nèi)阻帶來的影響大 ，故應采取電流表內(nèi)接法，即按照（a）圖所示電路測量電 2.5 V 阻R，R=4 60 X 10 3 A = 543 ◎，此法測量值偏大，因此選項B正確. 2 .在探究小燈泡的伏安特性實驗中 ，所用器材有：小燈泡 L、量程恰當?shù)碾娏鞅?A和電壓 表V、直流電源E、滑動變阻器 R、電鍵S等，要求小燈泡兩端電壓從 0開始變化. （1）實驗

14、中滑動變阻器應采用 接法（填“分壓”或“限流”）. （2）某同學已連接如圖2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2 答案 （1）分壓 (2)①電鍵S不應1^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 3 .圖3為“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的實物電路圖 ，已知小燈泡的額定電壓為 2.5 V. 圖3 (1)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, ; ②閉合開關(guān)后，逐漸移動滑動變阻器的滑片, ; ③斷開開關(guān)，…….根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作

15、出小燈泡燈絲的伏安特性曲線. (2)在虛線框中畫出與實物電路相應的電路圖. 答案 (1)①使它靠近滑動變阻器左端的接線柱 ②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 (2)見解析圖 解析 (1)滑動變阻器為分壓式接法 ，故閉合開關(guān)前，小燈泡兩端的電壓應為零 ，調(diào)節(jié)滑動變 阻器的滑片，使它靠近滑動變阻器左端的接線柱.閉合開關(guān)后 ，逐漸移動滑動變阻器的滑片 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. (2)與實物電路相應的電路圖如圖所示. 4 .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:

16、 A.小燈泡：規(guī)格為“ 3.8 V 0.3 A” B.電流表：量程 0?0.6 A,內(nèi)阻約為0.5 Q C.電流表：量程 0?3 A,內(nèi)阻約為0.1 Q D.電壓表：量程 0?5 V,內(nèi)阻約為5 k Q E.滑動變阻器：阻值范圍 0?10 ◎，額定電流2 A F.電池組：電動勢 6 V,內(nèi)阻約為1 Q G開關(guān)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 。逐漸增大到3.8 V且能方便地進 行調(diào)節(jié)，因此電流表應選.(填器材前序號) (2)根據(jù)你選用的實驗電路，將圖4所示的器材連成實物電路. 圖4 答案 (1)B (2)見解析圖 解析 (1)因

17、小燈泡的額定電流為 0.3 A,為減小讀數(shù)誤差，應讓指針偏角大一些，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知 ，電路圖如圖甲所示，由電路圖連接的實物 圖如圖乙所示. 5 .如圖5甲所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I — U關(guān) 系曲線圖. (1)為了通過測量得到如圖甲所示 I—U關(guān)系的完整曲線，在圖乙和圖丙兩個電路中應選擇的 是圖,簡要說明理由：. (電源電壓為9 V,滑動變阻器的阻值為 0?100 Q) (2)在如圖丁所示的電路中，電源電壓恒為 9 V,電流表讀數(shù)為 70 mA,定值電阻 R=250 Q. 由熱敏電阻的

18、I—U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為 V ;電阻R2的阻值為 Q . 4 F/mA 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，從而能夠得到完整的I — U圖線，故選圖乙. (2)通過 R的電流為11 = =3 A = 36 mA,通過熱敏電阻的電流 12= I -I 1=(70 -36) mA R 250 =34 mA,由題圖甲可知熱敏電阻兩端的電壓為 5.2 V,電阻 R= 9-5.2 ^3 34 X 10 "111

19、.8 6 .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。?5 V,內(nèi)阻5 k Q 電流表 A1,量程0?100 mA,內(nèi)阻4 Q 電流表 A2,量程0?500 mA,內(nèi)阻0.4 Q 滑動變阻器R,最大阻值10 ◎，額定電流1.0 A 滑動變阻器 R,最大阻值5 Q,額定電流0.5 A 直流電源E電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Q (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. (3)(雙選)某實驗小組完成實驗后利

20、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 6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)( ) 答案 (1) R A2 (2)見解析圖 (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小的滑動變阻器 ，但本題中 如果選用 國則電路中的電流會超過 R允許通過的最大電流，故滑動變阻器應當選擇 R.電 流表Ai的量程太小，故電流表應當選擇 A (2)電路如圖所示，由于電壓要從0開始調(diào)，滑動變阻器用分壓接法；因為燈 尾 泡的內(nèi)阻比較小,電流表用外接法. 儲」一 (3)隨著通過小燈泡電流的

21、增大，小燈泡消耗的功率增大，小燈泡的電阻也增 ，，y - 2「 y 八 ? 大，由P=m知B圖正確，由P= I R知D圖正確. R 7 .在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中 ，用導線a、b、c、d、e、f、g和h按圖7所 示方式連接好電路，電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零.閉合開關(guān)后： 圖7 (1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器 ，小燈泡亮度能發(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. (2)(雙選)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 8中的(a)、 (b)、(c)所示，下列說法正確的是( ) 圖8 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(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡的亮度變化，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. (2)因a元件的I — U線是直線，說明電阻不隨電壓的變化而變化，故可作為標準電阻，故A又^,B 錯.因I—U線上的點與原點的連線的斜率倒數(shù)表示電阻值 ，故CX1D錯.選A C. 15 / 12