2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)1 測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 粵教版選修3-1

《2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)1 測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 粵教版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)1 測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)案 粵教版選修3-1（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)1　測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解電流表的內(nèi)接法和外接法，并會(huì)進(jìn)行正確選擇．　2.理解滑動(dòng)變阻器的兩種接法，能進(jìn)行正確地應(yīng)用．　3.學(xué)會(huì)描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法． 一、電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 1．兩種接法的比較 內(nèi)接法 外接法 電路 誤差分析 電壓表示數(shù) UV＝UR＋UA>UR 電流表示數(shù)IA＝IR R測(cè)＝>＝R真 電壓表示數(shù) UV＝UR 電流表示數(shù) IA＝IR＋I(xiàn)V>IR R測(cè)＝<＝R真 誤差來(lái)源 電流表的分壓作用 電壓表的分流作用 2.電流表內(nèi)、外接的選擇方法 (1)直接比較法：當(dāng)Rx

2、RA時(shí)，采用內(nèi)接法，當(dāng)RxRV時(shí)，采用外接法，即大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法，可記憶為“大內(nèi)小外”． (2)公式計(jì)算法 當(dāng)Rx>時(shí)，電流表用內(nèi)接法，當(dāng)Rx<時(shí)，電流表用外接法，當(dāng)Rx＝時(shí)，兩種接法效果相同． (3)試觸法：如圖，把電壓表的可動(dòng)接線端分別試接b、c兩點(diǎn)，觀察兩電表的示數(shù)變化，若電流表的示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表的分流作用對(duì)電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變化，說(shuō)明電流表的分壓作用對(duì)電路影響大，所以應(yīng)選外接法． 二、滑動(dòng)變阻器兩種接法的比較 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

3、法 調(diào)壓范圍 ～E(不計(jì)電源內(nèi)阻) 0～E(不計(jì)電源內(nèi)阻) 適用情況 負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動(dòng)變阻器的總電阻R相差不大，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(kāi)始連續(xù)可調(diào) (2)負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R 三、測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線 1．實(shí)驗(yàn)原理 用電流表測(cè)出流過(guò)小燈泡的電流，用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓，測(cè)出多組(U，I)值，在I-U坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來(lái)，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖所示． 2．實(shí)驗(yàn)器材 學(xué)生電源(4～6 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V

4、　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙． 3．實(shí)驗(yàn)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，按圖所示的電路圖連接好實(shí)物圖．(注意開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零) (2)閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(cè)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(kāi)開(kāi)關(guān)，整理好器材．

5、4．?dāng)?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(duì)應(yīng)的點(diǎn)． (3)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)，就得到小燈泡的伏安特性曲線． 5．實(shí)驗(yàn)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(shuō)明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大． 6．注意事項(xiàng) (1)因I-U圖線是曲線，本實(shí)驗(yàn)要測(cè)出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動(dòng)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(huà)I

6、-U圖線時(shí)縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜，不要畫(huà)成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對(duì)個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去． 【例1】　在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，除有一標(biāo)有“3 V　1.8 W”的小燈泡、電源、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，還有：電流表A(0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω)、電壓表V(0～3 V，內(nèi)阻約為4 kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～10 Ω，2 A)．實(shí)驗(yàn)要求保證器材的安全，燈泡兩端的電壓能從0連續(xù)調(diào)節(jié)，測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確． (1)為盡可能地減小誤差，實(shí)驗(yàn)中采用電流表________(選填“內(nèi)接”或“外接”)，采用正確的方式測(cè)出的電阻值________(選填“大于”

7、“小于”或“等于”)電阻的真實(shí)值． (2)設(shè)計(jì)并畫(huà)出一個(gè)合理的電路圖． (3)某同學(xué)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖時(shí)，并未連接完整，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線完成實(shí)物圖的連接． (4)根據(jù)實(shí)物圖，開(kāi)關(guān)S閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________(選填“左端”“右端”或“中間”)． [解析]　(1)燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻R＝＝ Ω＝5Ω，>，故電流表采用外接法．采用外接法時(shí)，通過(guò)燈泡的實(shí)際電流小于電流表讀數(shù)，根據(jù)歐姆定律R＝得，測(cè)出的電阻值小于電阻的真實(shí)值． (2)電壓與電流從零開(kāi)始變化，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電路圖如圖所示． (3)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖： (4)閉合開(kāi)關(guān)前

8、，分壓電路分得的電壓應(yīng)為零，所以滑片應(yīng)置于右端． [答案]　(1)外接　小于　(2)見(jiàn)解析圖 (3)見(jiàn)解析圖　(4)右端 【例2】　在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，要測(cè)量一個(gè)標(biāo)有“3 V　1.5 W”的燈泡兩端的電壓和通過(guò)它的電流，現(xiàn)有如下器材： A．直流電源3 V(內(nèi)阻可不計(jì))； B．直流電流表0～600 mA(內(nèi)阻約0.5 Ω)； C．直流電壓表0～3 V(內(nèi)阻約3 kΩ)； D．滑動(dòng)變阻器(10 Ω，1 A)； E．滑動(dòng)變阻器(1 kΩ，300 mA)； F．開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干． (1)本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選用________(選填“D”或“E”)． (2)某同學(xué)用

9、導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h連接的電路如圖甲所示，電路中所有元器件都是完好的，且電壓表和電流表已調(diào)零．閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2 V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則可確定斷路的導(dǎo)線是__________；若電壓表示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3 A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線是________；若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線是________． 甲 (3)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出該燈泡的伏安特性曲線． U/V I/A 乙 0 0 0.5 0.17

10、1.0 0.30 1.5 0.39 2.0 0.45 2.5 0.49 [解析]　(1)由題圖甲所示電路圖可知，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D. (2)根據(jù)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(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2 V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則斷路的導(dǎo)線為d；若電壓表的示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3 A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線為h；若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線為g. (3)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后作出圖象． [答案]　(1)D　(2)d　

11、h　g　(3)如圖所示 儀器選擇和電路設(shè)計(jì)的原則 (1)安全原則：所選電器元件在電路中不能被損壞，如電壓表或電流表在電路中時(shí)，各對(duì)應(yīng)物理量應(yīng)不超過(guò)它們的量程． (2)目的性原則：所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的． (3)準(zhǔn)確性原則：選取儀器或器材時(shí)應(yīng)考慮減小系統(tǒng)誤差，如電壓表或電流表的指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能指在中間刻度附近． (4)方便操作原則：所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)容易達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，且又?jiǎn)捷、方便． 1．如圖所示，甲、乙兩圖分別為測(cè)燈泡電阻R的電路圖，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　乙 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(cè)>R

12、真，乙中R測(cè)R真，當(dāng)RRA時(shí)，電流表分壓越小，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，故選項(xiàng)A、C、D均正確，B錯(cuò)誤．] 2．(多選)用伏安法測(cè)未知電阻Rx時(shí)，若不知Rx的大約數(shù)值，為了選擇正確的電流表接法以減小誤差，可將儀器按圖所示接好，只空出一個(gè)電壓表的一個(gè)接頭K，然后將K分別與a、b接觸一下，觀察電壓表和電流表示數(shù)變化情況

13、，則(　　) A．若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接a B．若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接b C．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接a D．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接b BC　[若電流表示數(shù)有顯著變化，說(shuō)明電壓表分流明顯，電流表應(yīng)采用內(nèi)接法，K應(yīng)接在b處，故A錯(cuò)誤，B正確；若電壓表示數(shù)有顯著變化，說(shuō)明電流表的分壓明顯，電流表應(yīng)采用外接法，K應(yīng)接在a處，故C正確，D錯(cuò)誤．] 3.如圖是某同學(xué)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪的一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，分析該曲線，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．小燈泡的伏安特性曲線的斜率隨著電壓的升高而增大 B．小燈泡燈絲的電阻隨著電壓的升高而增大 C．歐姆定律適

14、用于小燈泡，所以小燈泡是個(gè)線性元件 D．小燈泡燈絲的電阻隨著電壓的升高而減小 B　[由圖象可知小燈泡的伏安特性曲線的斜率隨著電壓的升高而減小，A錯(cuò)誤；小燈泡的電阻隨著電壓的升高而增大，B正確，D錯(cuò)誤；小燈泡的伏安特性曲線是曲線，不是過(guò)原點(diǎn)的直線，所以小燈泡不是線性元件，歐姆定律只對(duì)小燈泡的某一狀態(tài)適用，C錯(cuò)誤．] 4．如圖所示是小組同學(xué)在做“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖． (1)根據(jù)實(shí)物圖在虛線框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖； (2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖中的①、②、③、④所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V．讀數(shù)為：①

15、________、②________、③________、④________．兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_(kāi)_______和________． [解析]　(1)由實(shí)物連接圖可知電路圖如圖所示． (2)電流表量程為0.6 A時(shí)，最小刻度為0.02 A，讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)后兩位，所以①表示數(shù)為0.10 A．②表示數(shù)為0.24 A；電壓表量程為3 V．最小刻度為0.1 V，應(yīng)估讀到0.01 V，所以③表示數(shù)為2.00 V，④表示數(shù)為0.28 V．燈泡兩端電壓小，電流就小，故①④為同一組數(shù)據(jù)，②③為另一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律R1＝＝≈8.3 Ω，R2＝＝ Ω＝2.8Ω. [答案]　見(jiàn)解析 5．“描繪

16、小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，提供的實(shí)驗(yàn)器材有： A．小燈泡(額定電壓為3.8 V，額定電流約為0.3 A) B．電流表A(0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) C．電壓表V(0～6 V，內(nèi)阻約為5 kΩ) D．滑動(dòng)變阻器R1(0～10 Ω，2 A) E．滑動(dòng)變阻器R2(0～100 Ω，0.2 A) F．電源(6 V，內(nèi)阻不計(jì)) G．開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干 (1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選________(填“R1”或“R2”)． (2)該同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)測(cè)量電路，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，使電流表的讀數(shù)從零開(kāi)始變化，記錄多組電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I.請(qǐng)?jiān)趫D甲中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)

17、電路連接完整． (3)該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的U-I圖象，根據(jù)圖象可知小燈泡的電阻隨著電流的增大而________(選填“增大”“減小”或“不變”)． [解析]　“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)應(yīng)該設(shè)計(jì)成分壓電路，滑動(dòng)變阻器選擇阻值范圍小的R1.由于小燈泡電阻小，采用電流表外接電路．根據(jù)圖象可知小燈泡的電阻隨著電流的增大而增大． [答案]　(1)R1　(2)如圖所示　(3)增大 6．有一個(gè)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(gè)燈泡的I-U圖線．現(xiàn)有下列器材供選用： A．電壓表(0～5 V，內(nèi)阻10 kΩ) B．電壓表(0～15 V，內(nèi)阻20

18、 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(dòng)變阻器(10 Ω，2 A) F．滑動(dòng)變阻器(500 Ω，1 A) G．學(xué)生電源(直流6 V)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖甲而不選用圖乙的電路圖來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)說(shuō)明理由：_________________________________________. (2)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(用序號(hào)字母表示) (3)把圖丙中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖． [解析]　(1)因?qū)嶒?yàn)?zāi)康氖且?/p>

19、描繪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(kāi)始調(diào)節(jié)，且能方便地測(cè)多組數(shù)據(jù)． (2)因小燈泡額定電壓為4 V，則電壓表選0～5 V的電壓表A，而舍棄0～15 V的電壓表B，因?yàn)?5 V的量程太大，讀數(shù)誤差大．小燈泡的額定電流I＝＝ A＝0.5 A，則電流表選D.由于采用分壓式電路，且小燈泡電阻為R＝＝Ω＝8 Ω，故滑動(dòng)變阻器選用E. (3)小燈泡電阻為電流表內(nèi)阻的＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡電阻的＝1 250倍，故電流表采用外接法． [答案]　(1)描繪燈泡的I-U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開(kāi)始，并要多取幾組數(shù)據(jù)　(2)A　D　E　(3

20、)如圖所示 7．圖甲為“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3 V. (1)在圖乙方框圖中畫(huà)出與實(shí)物電路相對(duì)應(yīng)的電路圖． (2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟： ①閉合開(kāi)關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，滑片應(yīng)停留在滑動(dòng)變阻器的最________(選填“左”或“右”)端； ②閉合開(kāi)關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)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(dá)到額定電壓； ③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線． 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20

21、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 小燈泡發(fā)光情況 不亮　　微亮　　逐漸變亮　　正常發(fā)光 (3)數(shù)據(jù)分析： ①?gòu)膱D線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是___________________________． ②圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而________． ③小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為_(kāi)_______．(保留到小數(shù)點(diǎn)后一位) [解析]　(1)與實(shí)物電路相對(duì)應(yīng)的電路圖如圖所示． (2)①為保護(hù)電路安全，開(kāi)關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于最左端．③根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫(huà)出小燈泡的I-U圖線如圖所示． (3)①?gòu)膱D線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大． ②圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大． ③根據(jù)I-U圖線可得電壓U＝3 V時(shí)，I＝0.205 A，所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為R＝Ω≈14.6 Ω. [答案]　(1)見(jiàn)解析圖　(2)①左?、垡?jiàn)解析圖 (3)①先不變，后逐漸增大?、谠龃蟆、?4.6 Ω - 12 -