2024-2025學(xué)年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3-1

PAGEPAGE1試驗測繪小燈泡的伏安特性曲線一、試驗?zāi)康臏y繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析其變更規(guī)律．二、試驗原理用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，用電流表測出通過小燈泡的電流，在I－U坐標系中描出各組試驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來就得到小燈泡的伏安特性曲線．1．電流表的內(nèi)接法和外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差緣由電流表的分壓電壓表的分流測量值和真實值的比較R測＝eq\f(U測,I測)＝Rx＋RA測量值大于真實值R測＝eq\f(U測,I測)＝eq\f(U測,Ix＋IV)測量值小于真實值適用于測量測大電阻或eq\f(Rx,RA)＞eq\f(RV,Rx)測小電阻或eq\f(RV,Rx)＞eq\f(Rx,RA)2．滑動變阻器的兩種接法比較限流式分壓式電路組成變阻器接入電路的特點采納“一上一下”的接法采納“兩下一上”的接法調(diào)壓范圍eq\f(Rx,R＋Rx)E～E(不計電源內(nèi)阻)0～E(不計電源內(nèi)阻)三、試驗器材電源、小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙、鉛筆．四、試驗步驟1．確定電流表、電壓表的量程，采納電流表外接法，滑動變阻器采納分壓式按如圖所示的電路原理圖連接好試驗電路．試驗原理圖2．把滑動變阻器的滑片調(diào)整到a端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S．3．變更滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開開關(guān)S．4．拆除試驗電路，整理好試驗器材．五、數(shù)據(jù)處理1．以I為縱坐標，U為橫坐標建立坐標系．2．選取適當?shù)姆侄?，描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點．3．將描出的點用平滑的曲線連接起來，得到小燈泡的伏安特性曲線．六、誤差分析1．由于電壓表不是志向電表，內(nèi)阻對電路的影響會帶來誤差，電流表外接，則電流表示數(shù)偏大．2．測量時，讀數(shù)帶來誤差．3．在坐標紙上描點、作圖帶來誤差．七、留意事項1．開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑到使燈泡兩端電壓為零的位置，照試驗原理圖乙中a端．2．在增大電壓的過程中，要確保不超過小燈泡的額定電壓．3．在選擇電表的量程時，駕馭以下原則：在測量值不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉(zhuǎn)至eq\f(1,3)～eq\f(2,3)量程之間．4．測繪I－U(U－I)圖線時要留意三點：一是標度選取合理．即作出的圖象既可以把表中所給出的全部點都標注上，同時又要使圖象分布在中心位置上；二是用“·”或“×”標注點；三是用平滑曲線擬合連接各點，誤差較大的點可以舍棄．對試驗原理和電路連接、器材選擇的考查有一個小燈泡上標有“4V2W”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(0～5V，內(nèi)阻10kΩ)B．電壓表(0～15V，內(nèi)阻20kΩ)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻1Ω)D．電流表(0～0．6A，內(nèi)阻0．4Ω)E．滑動變阻器(10Ω，2A)F．滑動變阻器(500Ω，1A)G．學(xué)生電源(直流6V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)試驗時，選用圖甲而不選用圖乙的電路圖來完成試驗，請說明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(2)試驗中所用電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________．(用序號字母表示)．(3)把圖丙中所示的試驗器材用實線連接成實物電路圖．丙[解析]因試驗?zāi)康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線，須要多次變更小燈泡兩端的電壓，故采納甲圖所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零起先調(diào)整，且能便利地測多組數(shù)據(jù)．因小燈泡額定電壓為4V，則電壓表選0～5V的A而舍棄0～15V的B，因15V的量程太大，讀數(shù)誤差大．小燈泡的額定電流I＝0．5A，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8Ω，調(diào)整不便利，電壓變更與滑動變阻器運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eq\f(8,0．4)＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡內(nèi)阻的eq\f(10×103,8)＝1250倍，故電流表采納了外接法．[答案](1)描繪小燈泡的I－U圖線所測數(shù)據(jù)需從零起先，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如圖所示eq\a\vs4\al()1．電流表兩種不同接法的電路選擇(1)定量判定法若已知待測電阻的大約值Rx，電流表的內(nèi)阻RA和電壓表的內(nèi)阻RV，則：當eq\f(Rx,RA)＞eq\f(RV,Rx)，即Rx＞eq\r(RARV)時，選用電流表內(nèi)接法．當eq\f(Rx,RA)＜eq\f(RV,Rx)，即Rx＜eq\r(RARV)時，選用電流表外接法．當eq\f(Rx,RA)＝eq\f(RV,Rx)，即Rx＝eq\r(RARV)時，選用兩種接法都可以．對用伏安法測電阻電路的選擇及誤差可總結(jié)為：“大內(nèi)偏大，小外偏小”．即測大電阻采納電流表內(nèi)接法，測量值比真實值偏大；測小電阻采納電流表外接法，測量值比真實值偏?。?2)試觸法若不知Rx的也許值，為了選擇正確的電路接法以減小誤差，可將電路按如圖所示連接，只空出電壓表的一個接頭，然后將該接頭分別與A、B兩處接觸一下，視察電壓表和電流表的示數(shù)變更狀況．若電流表示數(shù)有顯著變更，說明電壓表的分流作用較強，即Rx是一個大阻值電阻，應(yīng)選用內(nèi)接法，接頭應(yīng)接在B處測量．若電壓表示數(shù)有顯著變更，說明電流表的分壓作用較強，即Rx是一個小阻值電阻，應(yīng)選用外接法，接頭應(yīng)接在A處測量．2．滑動變阻器兩種不同接法的電路選擇(1)要求回路中的某部分電路的電壓從0起先連續(xù)變更，必需選擇分壓接法．(2)若題目所供應(yīng)的試驗儀器、電表量程或電阻的最大允許電流不夠，則選擇分壓接法．(3)滑動變阻器的最大阻值遠小于被測電阻或電路中串聯(lián)的其他電阻時，必需選擇分壓接法．(4)分壓接法、限流接法都可以時，因為采納限流接法能耗小，優(yōu)先采納限流接法．對試驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析的考查某同學(xué)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試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發(fā)光狀況不亮微亮漸漸變亮正常發(fā)光(1)在下圖中畫出I－U圖象．(2)從圖象上可以看出，當電壓漸漸增大時，燈絲電阻的變更狀況是________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(3)這表明小燈泡的電阻隨溫度的上升而_____________________________________．[解析]依據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上找出對應(yīng)的點，連成平滑的曲線，即I－U圖線．在I－U圖線中，任一點與原點連線的斜率的倒數(shù)即為這一狀態(tài)的電阻值，即R＝eq\f(U,I)，從圖線看出斜率越來越小，其倒數(shù)越來越大，即燈絲電阻隨功率增加而變大，或者說隨溫度上升而變大．[答案](1)見解析圖(2)起先不變，后來漸漸變大(3)增大eq\a\vs4\al()對于圖象問題須要留意的幾點(1)合理選取標度；(2)細致、精確地描點；(3)連線時，偏離線太遠的點應(yīng)舍去；(4)要用平滑曲線連接，圖線要過原點不能用折線；(5)對小燈泡的伏安特性曲線要做到“心中有圖”，曲線的特點要符合：隨著電壓上升，電阻漸漸變大，但增得越來越慢，若結(jié)果與此不符，須細致核對．試驗改進與創(chuàng)新某同學(xué)利用如圖甲所示的試驗電路來探究電阻Rx隨電壓U變更的關(guān)系．操作如下：A．閉合開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2撥到a點，適當調(diào)整滑動變阻器R′，讀出電壓表示數(shù)U1；保持R′阻值不變，把S2撥到b點，調(diào)整電阻箱R的阻值，直到電壓表示數(shù)仍為U1，電阻箱讀數(shù)為R1B．把S2再撥到a點，調(diào)整R′的阻值，讀出電壓表示數(shù)U2；把S2再撥到b點，調(diào)整電阻箱R的阻值，直到電壓表示數(shù)為U2，此時電阻箱讀數(shù)為R2C．變更滑動變阻器R′的阻值，重復(fù)上述操作，得到幾組電壓表示數(shù)與R的數(shù)據(jù)如下表電阻R/Ω5．010．015．025．035．045．0電壓U/V1．001．501．802．142．322．45(1)請在圖乙中依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出U－R關(guān)系圖象．(2)若電壓表示數(shù)為2．00V．利用所測繪的U－R圖象可得Rx＝________Ω．[解析](1)先以試驗得到的每一組(R，U)數(shù)據(jù)描點，然后用平滑的曲線連接以上所描的點，得到U－R圖線如圖所示．(2)比照U－R圖線，找到圖線上U＝2．00V的點，讀出其對應(yīng)的Rx＝20Ω(19～21Ω均可以)．[答案](1)見解析圖(2)20eq\a\vs4\al()本試驗是采納替代法測量電阻Rx在不同電壓下的阻值，因此描繪出的U－R圖線即為U－Rx圖線．1．(2024·湘潭縣校級月考)做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”時所描繪曲線不是直線，某同學(xué)分析試驗結(jié)論時給出以下理由，其中正確的是()A．電源電壓較高，降低電壓就肯定會是直線B．小燈泡燈絲電阻不是恒值，隨溫度上升會發(fā)生變更C．電路中的連接點有接觸不良的現(xiàn)象D．改描U－I曲線可能變?yōu)橹本€解析：選B．所繪圖象之所以不是直線，是因為金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的上升而增大；降低電壓時溫度也會上升，得出的也是曲線；接觸不良時會出現(xiàn)燈泡閃亮的狀況，不會使圖象為曲線；本試驗得出的U－I圖象也是曲線，故A、C、D錯誤，B正確．2．在測量燈泡伏安特性試驗中，同學(xué)們連接的電路中有四個錯誤電路，如圖所示．電源內(nèi)阻不計，導(dǎo)線連接良好．若將滑動變阻器的觸頭置于左端，閉合S，在向右端滑動觸頭過程中，會分別出現(xiàn)如下四種現(xiàn)象：a．燈泡L不亮；電流表示數(shù)幾乎為零b．燈泡L亮度增加；電流表示數(shù)增大c．燈泡L起先不亮，后來突然發(fā)光；電流表從示數(shù)不為零到線圈被燒斷d．燈泡L不亮；電流表從示數(shù)增大到線圈被燒斷與上述a、b、c、d四種現(xiàn)象對應(yīng)的電路序號為()A．③①②④ B．③④②①C．③①④② D．②①④③解析：選A．①中滑片向右移動過程，燈泡兩端電壓增大，燈泡實際功率增大，燈泡變亮，電路總電阻減小，干路電流增大，電流表示數(shù)增大，對應(yīng)b；②中燈泡與電流表并聯(lián)，燈泡被短路，滑片向右移動過程，滑動變阻器接入電路阻值減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，燈泡始終不發(fā)光，當滑片到達最右端時，電源短路，電流表燒壞，此時，燈泡突然發(fā)光，對應(yīng)c；③中燈泡被短路，燈泡不亮，電流表與電壓表串聯(lián)，電流表示數(shù)幾乎為零，對應(yīng)a；④中安培表使燈泡短路，燈泡L始終不亮，電流表從示數(shù)增大到線圈被燒斷，對應(yīng)d．3．伏安法測電阻，當被測電阻的阻值不能估計時，可采納試接的方法，如圖所示，讓電壓表一端接在電路上a點，另一端先后接到b點和c點．留意視察兩個電表的示數(shù)，若電流表的示數(shù)有顯著變更，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________點．若電壓表的示數(shù)有顯著變更，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．解析：若電流表示數(shù)變更明顯，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)采納電流表內(nèi)接法，即電壓表的兩端應(yīng)接在a和c之間；若電壓表示數(shù)變更明顯，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)采納電流表的外接法，即電壓表應(yīng)接在a、b之間．答案：電壓c電流b4．(2024·增城校級聯(lián)考)某同學(xué)用下列器材描繪額定電壓為3．0V小燈泡的伏安特性曲線(要求電壓變更從零起先)．A．電流表(0．6A，1Ω) B．電壓表(3V，1kΩ)C．滑動變阻器(10Ω，1A) D．電源(4V，內(nèi)阻不計)(1)請你在實物連接圖甲中，把還須要連接的導(dǎo)線補上．(2)開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________端(選填“左”或“右”)．(3)閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)漸漸增大，電流表指針卻幾乎不動，則電路的故障為____________________________．(4)解除故障后，某次測量時電流表的指針位置如圖乙所示，其讀數(shù)為________A．(5)小明完成試驗后，由試驗數(shù)據(jù)畫出小燈泡的I－U圖象，如圖丙中實線所示．由圖可確定小燈泡在電壓為2．0V時的電阻為________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．解析：(1)該試驗要求電壓從零調(diào)整，因此滑動變阻器要采納分壓接法，由于燈泡電阻很小，因此電流表要采納外接法，由此可正確連接實物圖如圖所示．(2)起先試驗之前，要使滑動變阻器的輸出