精选粤教版高中物理选修31实验《描绘小灯泡的伏安特性曲线》word学案物理知识点总结.docx

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精选粤教版高中物理选修31实验《描绘小灯泡的伏安特性曲线》word学案物理知识点总结

学案3　学生实验：

描绘小灯泡的伏安特性曲线

[学习目标定位]1.会正确地选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线，掌握分析图线的方法．

1．实验原理

用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组（U，I）值，在I－U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．

2．实验器材

学生电源（4V～6V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．测小灯泡伏安特性曲线的电路图：

一、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＝

＝Rx＋RA

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（填“大”或“小”）电阻或

>

测小（填“大”或“小”）电阻或

>

二、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

～E

（不计电源内阻）

0～E

（不计电源内阻）

适用情况

待测电阻的阻值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）要求待测电阻上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调

（2）待测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R

三、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1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1

（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

1

2

3

4

5

6

7

8

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：

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．

5．注意事项

（1）因I－U图线是曲线，本实验要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I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，以使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，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I－U图线．现有下列器材供选择：

A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）

C．电流表（0～3A，内阻1Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）

E．滑动变阻器（10Ω，2A）

F．滑动变阻器（500Ω，1A）

G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干

（1）实验时，选用图2中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

图2

（2）实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．（用序号字母表示）．

（3）把图3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．

图3

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0～5V的A而舍弃0～15V的B，因15V的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流I＝0.5A，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8Ω，调节不方便，电压变化与滑动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．

答案　

（1）描绘小灯泡的I—U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据　

（2）A　D　E

（3）如图所示．

例2　某同学在“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

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

（1）在图4中画出I—U图象．

图4

（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________．

解析　画出I－U图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来逐渐靠近U轴说明电阻增大．

答案　

（1）见解析图　

（2）开始时不变，后来增大　（3）增大

要测绘一个标有“3V　0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；

电键一个、导线若干．

（1）实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）．

A．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）

B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

（2）实验的电路图应选用下列的图______（填字母代号）．

答案　

（1）A　

（2）B

解析　

（1）根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作”可知控制电路必定为“分压电路”，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选A.

（2）在

（1）中已经明确了控制电路，继续要选择电流表的接法，题中

＝

＝3，而

＝

＝200，可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的外接法，综上可知B选项的电路图正确．

1.（单选）用电流表和电压表测量电阻Rx的阻值．如图1所示，分别将图（a）和（b）两种测量电路连接到电路中，按照（a）图时，电流表示数为4.60mA，电压表示数为2.50V；按照（b）图时，电流表示数为5.00mA，电压表示数为2.30V，比较这两次结果，正确的是（　　）

图1

A．电阻的真实值更接近543Ω，且大于543Ω

B．电阻的真实值更接近543Ω，且小于543Ω

C．电阻的真实值更接近460Ω，且大于460Ω

D．电阻的真实值更接近460Ω，且小于460Ω

答案　B

解析　比较题图（a）、（b）的电压读数，可知ΔU＝0.20V，则

＝

＝0.08；电流变化ΔI＝0.40mA，则

＝

＝0.087，可见

>

，即电流变化明显一些，可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取电流表内接法，即按照（a）图所示电路测量电阻Rx，Rx＝

＝543Ω，此法测量值偏大，因此选项B正确．

2．在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：

小灯泡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、电键S等，要求小灯泡两端电压从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2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2

①________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案　

（1）分压

（2）①电键S不应闭合，应处于断开状态

②滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端

3．图3为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5V.

图3

（1）完成下列实验步骤：

①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________；

②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，________；

③断开开关，…….根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．

（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．

答案　

（1）①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱　②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压　

（2）见解析图

解析　

（1）滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡两端的电压应为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压．

（2）与实物电路相应的电路图如图所示．

4．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0～0.6A，内阻约为0.5Ω

C．电流表：

量程0～3A，内阻约为0.1Ω

D．电压表：

量程0～5V，内阻约为5kΩ

E．滑动变阻器：

阻值范围0～10Ω，额定电流2A

F．电池组：

电动势6V，内阻约为1Ω

G．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________．（填器材前序号）

（2）根据你选用的实验电路，将图4所示的器材连成实物电路．

图4

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知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示．

5．如图5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I－U关系曲线图．

（1）为了通过测量得到如图甲所示I－U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：

__________________________________________.

（电源电压为9V，滑动变阻器的阻值为0～100Ω）

（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R1＝250Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______V；电阻R2的阻值为________Ω.

　　　　　　　甲　　　　　　　　　乙

　　　　　　丙　　　　　　丁

图5

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）5.2　111.8

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，从而能够得到完整的I－U图线，故选图乙．

（2）通过R1的电流为I1＝

＝

A＝36mA，通过热敏电阻的电流I2＝I－I1＝（70－36）mA＝34mA，由题图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2V，电阻R2＝

Ω≈111.8Ω.

6．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0～5V，内阻5kΩ

电流表A1，量程0～100mA，内阻4Ω

电流表A2，量程0～500mA，内阻0.4Ω

滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流1.0A

滑动变阻器R2，最大阻值5Ω，额定电流0.5A

直流电源E，电动势约为6V，内阻约为0.5Ω

（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）（双选）某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如图6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6

答案　

（1）R1　A2　

（2）见解析图

（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）

电路如图所示，由于电压要从0开始调，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P＝I2R知D图正确．

7．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图7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：

图7

（1）若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路．

（2）（双选）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8中的（a）、（b）、（c）所示，下列说法正确的是（　　）

图8

A．a可以作为标准电阻使用

B．b能作为标准电阻使用

C．b的阻值随电压升高而增大

D．c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，小灯泡的亮度变化，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I－U线是直线，说明电阻不随电压的变化而变化，故可作为标准电阻，故A对，B错．因I－U线上的点与原点的连线的斜率倒数表示电阻值，故C对，D错．选A、C.