（山東省專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)：測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線講義（含解析）新人教版選修3-1.doc

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實(shí)驗(yàn)：測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線。 2．分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。 二、實(shí)驗(yàn)原理 歐姆定律。 三、實(shí)驗(yàn)電路 1．電流表的內(nèi)、外接：由于小燈泡的電阻較小，為減小誤差，采用電流表外接法。 2．滑動(dòng)變阻器的接法：小燈泡兩端的電壓需要從0開始，滑動(dòng)變阻器要采用分壓式連接，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 四、實(shí)驗(yàn)器材 小燈泡、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源(或電池組)、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆等。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，按如圖所示的電路原理圖連接好實(shí)驗(yàn)電路。 2．把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到a端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)S。 3．改變滑動(dòng)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．拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。 六、數(shù)據(jù)處理 1．在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)所取分度應(yīng)參考測(cè)量數(shù)據(jù)，比例適當(dāng)，盡量使測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標(biāo)紙。 2．連線一定要用平滑的曲線，不能畫成折線。 3．根據(jù)圖像計(jì)算電阻時(shí)，應(yīng)用R＝來計(jì)算。 七、誤差分析 1．由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對(duì)電路的影響會(huì)帶來系統(tǒng)誤差，電流表外接，則電流表示數(shù)偏大。 2．測(cè)量時(shí)，讀數(shù)帶來偶然誤差。 3．在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖也會(huì)帶來偶然誤差。 八、注意事項(xiàng) 1．開關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑到使燈泡兩端電壓為零的位置。 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(shí)，掌握以下原則： 在測(cè)量值不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉(zhuǎn)至量程左右。 4．測(cè)繪IU(UI)圖線時(shí)要注意三點(diǎn)：一是標(biāo)度選取合理。即作出的圖像既可以把表中所給出的所有點(diǎn)都標(biāo)注上，同時(shí)又要使圖像分布在中央位置上；二是用“”或“”標(biāo)注點(diǎn)；三是用平滑曲線擬合連接各點(diǎn)，誤差較大的點(diǎn)可以舍棄。 [例1]　在《描繪小燈泡的伏安特性曲線》實(shí)驗(yàn)中選擇“3 V　0.5 A”的小燈泡作為研究對(duì)象，現(xiàn)備有以下器材： A．電流表A1(量程0～0.6 A，內(nèi)阻1 Ω) B．電流表A2(量程0～3 A，內(nèi)阻1 Ω) C．電壓表V1(量程0～15 V，內(nèi)阻約10 kΩ) D．電壓表V2(0～3 V，內(nèi)阻約2 kΩ) E．滑動(dòng)變阻器R1(阻值0～100 Ω) F．滑動(dòng)變阻器R2(阻值0～10 Ω) G．電源E＝6 V H．開關(guān)S，導(dǎo)線若干 (1)在本實(shí)驗(yàn)中，電流表應(yīng)選用______，電壓表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用______；(填入器材序號(hào)) (2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用______(填“分壓”或“限流”)式接法，電流表應(yīng)采用______(填“內(nèi)”“外”)接法； (3)設(shè)實(shí)驗(yàn)中，電流表、電壓表的某組示數(shù)如圖所示，圖示中I＝______ A，U＝______ V。 [解析]　(1)“3 V　0.5 A”的小燈泡，則電流表應(yīng)選用A(量程0～0.6 A，內(nèi)阻1 Ω)，電壓表應(yīng)選用D(0～3 V，內(nèi)阻約2 kΩ)；描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動(dòng)變阻器選用F(阻值0～10 Ω)。 (2)描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；小燈泡正常工作時(shí)的電阻RL＝＝6 Ω，比電壓表電阻小的多，則電流表應(yīng)采用外接法。 (3)根據(jù)題圖中電流表、電壓表的示數(shù)可知I ＝0.48 A，U＝2.20 V。 [答案]　(1)A　D　F　(2)分壓　外　(3)0.48　2.20 [例2]　小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)探究這一現(xiàn)象，所提供的器材有： A．電流表A1：量程0～0.6 A，內(nèi)阻約0.125 Ω B．電流表A2：量程0～3 A，內(nèi)阻約0.025 Ω C．電壓表V1：量程0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ D．電壓表V2：量程0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ E．滑動(dòng)變阻器R1：總阻值約10 Ω F．滑動(dòng)變阻器R2：總阻值約200 Ω G．電池E：電動(dòng)勢(shì)3.0 V，內(nèi)阻很小 H．導(dǎo)線若干，開關(guān)S 該同學(xué)選擇儀器，設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)： I/A 0 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U/V 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)請(qǐng)你推測(cè)該同學(xué)選擇的器材是：電流表為______，電壓表為______，滑動(dòng)變阻器為______(以上均填寫器材前序號(hào))。 (2)請(qǐng)你推測(cè)該同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖并畫在下面的虛線框中。 [解析]　(1)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道，電流最大測(cè)量值為0.50 A，則電流表應(yīng)選A；電壓最大測(cè)量值為2.00 V，電壓表應(yīng)選C；為方便實(shí)驗(yàn)操作滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇E。 (2)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道，電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；燈泡最大阻值約為R＝＝ Ω＝4.0 Ω，電流表內(nèi)阻約為0.125 Ω，電壓表內(nèi)阻約為3 kΩ，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)選擇外接法；電路圖如圖所示。 [答案]　(1)A　C　E　(2)電路圖見解析 1．[多選]在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，已備有以下器材：小燈泡、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干，還必需的器材有(　　) A．電壓表　　　　　　　　 B．電流表 C．滑動(dòng)變阻器 D．多用電表 解析：選ABC　實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量電壓和電流，必需電壓表和電流表，描繪圖線必須測(cè)出多組U、I值，因此要用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)小燈泡的電流和電壓，A、B、C正確。 2．做“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)。 (1)實(shí)驗(yàn)電路圖已經(jīng)畫出了一部分，如圖所示，但尚未完整，請(qǐng)將該電路完整地連接好； (2)按你連接的電路，S閉合后，要使小燈泡的亮度增加，變阻器的滑片P應(yīng)向________(選填“A”或“B”)端移動(dòng)。 解析：(1)采用滑動(dòng)變阻器分壓式連接，電路圖如圖所示： (2)要使小燈泡的亮度增加，變阻器的滑片P應(yīng)向B端移動(dòng)。 答案：(1)見解析　(2)B 3．以下是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的操作步驟： A．閉合開關(guān)，記下電流表、電壓表的一組示數(shù)(I，U)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，每移動(dòng)一次記下一組(I，U)值，共測(cè)出12組數(shù)據(jù)； B．將電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、小燈泡、電源、開關(guān)正確連接成電路。電流表外接，滑動(dòng)變阻器采用分壓式，如圖所示； C．調(diào)節(jié)觸頭位置，使閉合開關(guān)前觸頭處于滑動(dòng)變阻器的左端； D．按所測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)并將各點(diǎn)用直線段連接起來，得出小燈泡的伏安特性曲線。 (1)以上各步驟中存在錯(cuò)誤或不妥之處的是________，應(yīng)如何改正：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)將各步驟糾正后，按實(shí)驗(yàn)先后順序排列：____________________________。 解析：錯(cuò)誤或不妥的步驟是ACD。A步驟：測(cè)量不同電壓下的電流值I時(shí)，應(yīng)先預(yù)設(shè)各組數(shù)據(jù)中的電壓U或電流I的值，而不是隨意測(cè)，隨意測(cè)時(shí)會(huì)使描點(diǎn)疏密不均勻，畫圖線時(shí)出現(xiàn)較大誤差，甚至無法畫出IU圖線。C步驟：閉合開關(guān)前應(yīng)使小燈泡兩端電壓為零，即觸頭應(yīng)置于滑動(dòng)變阻器最右端。D步驟：應(yīng)將各點(diǎn)用平滑的曲線連接。 答案：(1)見解析　(2)BCAD 4．要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3 V　0.6 W”的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E(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 Ω) 電流表A(量程為0～250 mA，內(nèi)阻約5 Ω) 電壓表V(量程為0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) 開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干 (1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的________(填字母代號(hào))。 A．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) B．滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖________(填字母代號(hào))。 解析：描繪小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從零開始，需選用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，滑動(dòng)變阻器阻值應(yīng)選較小的，故選A。由于燈泡電阻較小，正常工作時(shí)R＝＝15 Ω，電流表選用外接法誤差較小，故電路圖選B。 答案：(1)A　(2)B 5．某實(shí)驗(yàn)小組要描繪一只小燈泡L(2.5 V　0.5 A)的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)中除導(dǎo)線和開關(guān)外，還有以下器材可供選擇： 電源E(3.0 V，內(nèi)阻約0.5 Ω) 電壓表V1(0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) 電壓表V2(0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ) 電流表A1(0～0.6 A，內(nèi)阻約0.125 Ω) 電流表A2(0～3 A，內(nèi)阻約0.025 Ω) 滑動(dòng)變阻器R1(0～5 Ω) 滑動(dòng)變阻器R2(0～1 750 Ω) (1)電壓表應(yīng)選擇__________，電流表應(yīng)選擇________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇__________。 (2)實(shí)驗(yàn)過程中要求小燈泡兩端電壓從零開始調(diào)節(jié)，應(yīng)選擇下圖中哪一個(gè)電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)________。 解析：(1)燈泡的額定電壓為2.5 V，額定電流是0.5 A，所以電壓表應(yīng)選擇V1，電流表應(yīng)選擇A1，因本實(shí)驗(yàn)必須采用分壓接法，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇總阻值較小的R1。 (2)描繪燈泡伏安特性曲線，電壓、電流要從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，燈泡的電阻約為R＝ Ω＝5 Ω，遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表采用外接法誤差較小，選圖A所示實(shí)驗(yàn)電路。 答案：(1)V1　A1　R1　(2)A 6．表格中所列數(shù)據(jù)是測(cè)量小燈泡UI關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： U(V) 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I(A) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 (1)分析表內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖中的_____(選填“甲”或“乙”)。 (2)請(qǐng)?jiān)趫D丙所示的方格紙內(nèi)畫出小燈泡的UI圖線；分析圖線可知小燈泡的電阻隨I變大而_____(選填“變大”“變小”或“不變”)。 解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，電壓、電流從零開始測(cè)量，因此需要滑動(dòng)變阻器分壓接法，故該實(shí)驗(yàn)選擇分壓接法。故應(yīng)選擇甲電路。 (2)根據(jù)表格所給數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的UI曲線如圖所示； 由小燈泡的UI圖線可知，圖像的斜率變大，故說明當(dāng)電流增大時(shí)，燈泡的電阻增大。 答案：(1)甲　(2)見解析圖　變大