浙江專用高中物理第二章恒定電流實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案新人教版選修.docx

實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線研究學(xué)考明確要求知識內(nèi)容測繪小燈泡的伏安特性曲線考試要求學(xué)考基本要求1.知道實驗原理和實驗電路圖，知道伏安特性曲線與UI圖象的區(qū)別。2會選擇合適的實驗器材連接實物，正確進(jìn)行操作。3會設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表。4知道電壓表、電流表讀數(shù)的方法。5會用IU圖象處理實驗數(shù)據(jù)并分析變化規(guī)律。發(fā)展要求知道小燈泡伏安特性曲線的特征，并能解釋形成的原因。說明不要求知道二極管伏安特性曲線的特征與意義?；?礎(chǔ) 梳 理內(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RxRA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(填“大”或“小”)電阻或測小(填“大”或“小”)電阻或基 礎(chǔ) 梳 理限流式分壓式電路組成 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”的接法續(xù)表調(diào)壓范圍E(不計電源內(nèi)阻)0E(不計電源內(nèi)阻)適用情況負(fù)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(diào)起(1)要求負(fù)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(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器的總電阻R基 礎(chǔ) 梳 理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IU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)，故畫出的小燈泡的IU圖線為曲線。2實驗器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙。3實驗步驟(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1所示的電路圖連接好實物圖。(注意開關(guān)應(yīng)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)12345678電壓U/V電流I/A(4)斷開開關(guān)，整理好器材。4數(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)整個坐標(biāo)紙為宜)(3)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線。5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，而是向橫軸彎曲的曲線。(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，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大。6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。7注意事項(1)因IU圖線是曲線，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(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IU圖線時縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜，不要畫成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對個別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去。典 例 精 析【例1】 有一個小燈泡上標(biāo)有“4 V,2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的IU圖線?，F(xiàn)有下列器材供選用：A電壓表(05 V，內(nèi)阻10 k)B電壓表(015 V，內(nèi)阻20 k)C電流表(03 A，內(nèi)阻1 ) D電流表(00.6 A，內(nèi)阻0.4 )E滑動變阻器(10 ，2 A) F滑動變阻器(500 ，1 A)G學(xué)生電源(直流6 V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干圖2(1)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：_。(2)實驗中所用電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)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(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05 V的A而舍棄015 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I0.5 A，則電流表應(yīng)選D?；瑒幼冏杵鱂的最大阻值遠(yuǎn)大于小燈泡內(nèi)阻8 ，調(diào)節(jié)不方便，電壓變化與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)阻是小燈泡的1 250倍，故電流表采用了外接法。答案(1)描繪燈泡的IU圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如下圖所示。連接實物電路時，一般先把電路圖畫出來，按照電流總是從電源正極出發(fā)通過用電器最后回到電源負(fù)極的正方向順序連接或按反方向順序連接；連接實物圖時要注意導(dǎo)線不能交叉，導(dǎo)線的端點(diǎn)要接在各元件的接線柱上。另外要關(guān)注電表的正、負(fù)接線柱以及量程等?！纠?】 一個小燈泡的額定電壓為6.3 V，額定電流約為0.3 A，用以下所給的實驗器材測繪出小燈泡的伏安特性曲線。實驗電路圖如圖4甲所示。甲電源E1：電動勢為8.0 V，內(nèi)阻不計；電源E2：電動勢為12.0 V，內(nèi)阻不計；電壓表V：量程為015 V，內(nèi)阻約為10 k；電流表A1：量程為03 A，內(nèi)阻約為0.1 ；電流表A2：量程為0600 mA，內(nèi)阻約為1 ；滑動變阻器R：最大阻值為10 ，額定電流為1.0 A；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。(1)依照實驗電路圖將圖乙中的實物圖連接成實驗電路。(2)實驗中電源應(yīng)該選用_；電流表應(yīng)該選用_。(填字母代號)(3)實驗測得的數(shù)據(jù)如下表所示，依照這些數(shù)據(jù)在圖丙所示的坐標(biāo)紙中描繪出該小燈泡的伏安特性曲線。U/V00.50.81.01.21.52.02.53.04.05.06.06.3I/A00.050.080.100.120.140.160.180.200.230.250.270.27圖4解析(1)依照實驗電路圖將實物圖連接成實驗電路，如圖甲所示，連接分壓電路實物圖時，要先將電源、開關(guān)、滑動變阻器的電阻絲連成閉合電路，再從滑動變阻器的滑動桿一端出發(fā)順序連接，注意電表正負(fù)極不能接反。(2)選擇電表時，在不超過量程的情況下選擇量程較小的可提高讀數(shù)的精確度，小燈泡的額定電壓為6.3 V，額定電流約為0.3 A，故電源選E1，電流表應(yīng)選A2。(3)根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)在題圖丙所示的坐標(biāo)紙中，選好標(biāo)度，細(xì)心描點(diǎn)，利用擬合的方法連接所描繪的點(diǎn)跡，如圖乙所示。答案(1)如圖甲所示(2)E1A2(3)如圖乙所示甲乙處理該實驗應(yīng)注意的問題(1)調(diào)節(jié)電壓時不要超過小燈泡的額定電壓。(2)坐標(biāo)系標(biāo)度要合理選取，盡量使描出的圖象占據(jù)坐標(biāo)紙的大部分。(3)小燈泡電壓、電流變大時，電阻變大，伏安特性圖線是曲線。連線時要用平滑的曲線，不能連成折線。即 學(xué) 即 練1LED發(fā)光二極管具有體積小、亮度高、能耗低、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，被人們譽(yù)為本世紀(jì)的新型光源，已廣泛應(yīng)用到電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品中。有一種LED手燈就是用幾個發(fā)光二極管并聯(lián)后作為光源使用的，其發(fā)光效率很高。它在正常工作時，正向電壓約2.8 V，電流在10 mA左右?，F(xiàn)取這樣一只發(fā)光二極管(電路符號可用表示)，測量它的伏安特性，提供的實驗器材如下：A電源E(電動勢為4 V，內(nèi)阻約為2 )B滑動變阻器R0(阻值02 )C電流表A1(量程15 mA，內(nèi)阻約為10 )D電流表A2(量程0.6 A，內(nèi)阻約為5 )E電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約為1 k)F電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻約為10 k)G開關(guān)及導(dǎo)線若干則：(1)電流表應(yīng)選_、電壓表應(yīng)選_。(2)并在方框中畫出電路圖。答案(1)C(或A1)E(或V1)(2)電路圖如圖所示2某同學(xué)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12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在圖5中畫出IU圖象。圖5(2)從圖象上可以看出，當(dāng)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IU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)IU圖象見解析圖(2)開始時不變，后來增大(3)增大1為探究小燈泡L的伏安特性，連好如圖6所示的電路后閉合開關(guān)S，通過移動變阻器R的滑片，使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大，直到小燈泡正常發(fā)光。由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)，描繪出的UI圖象應(yīng)是圖中的()圖6解析由小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而增大知圖C正確。答案C2.如圖7所示為伏安法測電阻的一種常用電路，以下分析正確的是()圖7A此接法的測量值大于真實值B此接法的測量值小于真實值C此接法要求待測電阻值小于電流表內(nèi)阻D開始實驗時滑動變阻器滑動頭P應(yīng)處在最右端解析R測RRA故A項正確，B項錯誤；此接法要求RRARV故應(yīng)大于電流表內(nèi)阻，C項錯誤；開始實驗時滑動變阻器滑動頭P應(yīng)處在最左端，D項錯誤。答案A3(2018浙江溫州蒼南巨人中學(xué)期中)為了描繪標(biāo)有“3 V,1.4 W”的小燈泡的伏安特性曲性，要求小燈泡電壓能從零開始變化。所給器材如下：A電流表(0200 mA，內(nèi)阻0.5 )B電流表(00.6 A，內(nèi)阻0.01 )C電壓表(03 V，內(nèi)阻5 k)D電壓表(015 V，內(nèi)阻50 k)E滑動變阻器(010 ，0.5 A)F滑動變阻器(01 k，0.1 A)G電源(3 V)H開關(guān)一個，導(dǎo)線若干(1)為了完成上述實驗，實驗中應(yīng)選擇的儀器是_。(2)在如圖8的虛線框中畫出完成此實驗的電路圖，并將實物(圖9)按電路圖用導(dǎo)線連好。圖8圖9解析(1)燈泡的額定電壓為3 V，所以電壓表的量程選擇3 V的誤差較小，額定電流I A0.47 A，所以電流表的量程選擇0.6 A的，故實驗中應(yīng)選擇的儀器是B、C、E、G、H。(2)燈泡電壓能從零開始變化，滑動變阻器采用分壓式接法，燈泡正常工作時的電阻R 6.4 ，遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，屬于小電阻，電流表采用外接法。電路圖和實物連線圖如圖所示。答案(1)B、C、E、G、H(2)見解析1.在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，用導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h按圖1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1(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度發(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。(2)某同學(xué)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2中(a)、(b)、(c)所示，下列說法正確的是()圖2AA可以作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用BB可以作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用CB的阻值隨電壓升高而增大DC的阻值隨電壓升高而增大解析(1)若調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡的亮度變化，但電壓表、電流表的示數(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(dǎo)線斷路。(2)因A元件的IU圖線是直線，說明電阻不隨電壓的變化而變化，故可以作為標(biāo)準(zhǔn)電阻，故A對，B錯；因IU圖線的斜率的倒數(shù)表示元件電阻值的變化，故C對，D錯。答案(1)g(2)AC2(201610月浙江選考)“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗，要求采用分壓電路，電流表外接。小王的連線如圖3甲所示，閉合開關(guān)S前請老師檢查，老師指出圖中標(biāo)示的、兩根連線有一處錯誤，錯誤連線是_(填“”或“”)；圖中標(biāo)示的、和三根連線有一處錯誤，錯誤連線是_(填“”、“”或“”)。小王正確連線后，閉合開關(guān)S前，應(yīng)將滑動變阻器滑片C移到_處(填“A”或“B”)。閉合開關(guān)S，此時電壓表讀數(shù)為_V，緩慢移動滑片C至某一位置時，電流表指針如圖乙所示，電流表的示數(shù)為_A。甲乙圖3解析本實驗的電路圖如圖所示，應(yīng)該采用分壓式、外接法，所以、兩根導(dǎo)線有問題。實驗開始時為了保證實驗儀器的正常使用，需要將C撥到最左端，即A處，開關(guān)閉合后，電壓表讀數(shù)為0 V。圖乙中電流表的讀數(shù)為0.32 A(不需要估讀)答案A00.323伏安法測電阻，當(dāng)被測電阻的阻值不能估計時，可采用試接的辦法，如圖4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(nèi)阻可比擬，電壓表的兩端應(yīng)接在a和_兩點(diǎn)。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(nèi)阻可比擬，電壓表應(yīng)接在a和_兩點(diǎn)。圖4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(nèi)阻不是很大，則待測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兩點(diǎn)；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(nèi)阻與待測電阻可比擬，應(yīng)采用電流表的外接法，即電壓表應(yīng)接在a、b兩點(diǎn)。答案電壓c電