（山東省專用）2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線講義（含解析）新人教版選修3-1.doc

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實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線 一、實驗目的 1．測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、實驗原理 歐姆定律。 三、實驗電路 1．電流表的內、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．滑動變阻器的接法：小燈泡兩端的電壓需要從0開始，滑動變阻器要采用分壓式連接，實驗電路圖如圖所示。 四、實驗器材 小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、學生電源(或電池組)、開關、導線、坐標紙、鉛筆等。 五、實驗步驟 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驗電路。 2．把滑動變阻器的滑片調節(jié)到a端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關S。 3．改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內，斷開開關S。 4．拆去實驗線路，整理好實驗器材。 六、數(shù)據(jù)處理 1．在坐標紙上建立坐標系，坐標所取分度應參考測量數(shù)據(jù)，比例適當，盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標紙。 2．連線一定要用平滑的曲線，不能畫成折線。 3．根據(jù)圖像計算電阻時，應用R＝來計算。 七、誤差分析 1．由于電壓表不是理想電表，內阻并非無窮大，對電路的影響會帶來系統(tǒng)誤差，電流表外接，則電流表示數(shù)偏大。 2．測量時，讀數(shù)帶來偶然誤差。 3．在坐標紙上描點、作圖也會帶來偶然誤差。 八、注意事項 1．開關閉合前，滑動變阻器的滑片應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，掌握以下原則： 在測量值不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉至量程左右。 4．測繪IU(UI)圖線時要注意三點：一是標度選取合理。即作出的圖像既可以把表中所給出的所有點都標注上，同時又要使圖像分布在中央位置上；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。 [例1]　在《描繪小燈泡的伏安特性曲線》實驗中選擇“3 V　0.5 A”的小燈泡作為研究對象，現(xiàn)備有以下器材： A．電流表A1(量程0～0.6 A，內阻1 Ω) B．電流表A2(量程0～3 A，內阻1 Ω) C．電壓表V1(量程0～15 V，內阻約10 kΩ) D．電壓表V2(0～3 V，內阻約2 kΩ) E．滑動變阻器R1(阻值0～100 Ω) F．滑動變阻器R2(阻值0～10 Ω) G．電源E＝6 V H．開關S，導線若干 (1)在本實驗中，電流表應選用______，電壓表應選用______，滑動變阻器應選用______；(填入器材序號) (2)滑動變阻器應采用______(填“分壓”或“限流”)式接法，電流表應采用______(填“內”“外”)接法； (3)設實驗中，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，則電流表應選用A(量程0～0.6 A，內阻1 Ω)，電壓表應選用D(0～3 V，內阻約2 kΩ)；描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動變阻器選用F(阻值0～10 Ω)。 (2)描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動變阻器應采用分壓式接法；小燈泡正常工作時的電阻RL＝＝6 Ω，比電壓表電阻小的多，則電流表應采用外接法。 (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，某同學利用實驗探究這一現(xiàn)象，所提供的器材有： A．電流表A1：量程0～0.6 A，內阻約0.125 Ω B．電流表A2：量程0～3 A，內阻約0.025 Ω C．電壓表V1：量程0～3 V，內阻約3 kΩ D．電壓表V2：量程0～15 V，內阻約15 kΩ E．滑動變阻器R1：總阻值約10 Ω F．滑動變阻器R2：總阻值約200 Ω G．電池E：電動勢3.0 V，內阻很小 H．導線若干，開關S 該同學選擇儀器，設計電路并進行實驗，通過實驗得到如下數(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)請你推測該同學選擇的器材是：電流表為______，電壓表為______，滑動變阻器為______(以上均填寫器材前序號)。 (2)請你推測該同學設計的實驗電路圖并畫在下面的虛線框中。 [解析]　(1)由表中實驗數(shù)據(jù)可以知道，電流最大測量值為0.50 A，則電流表應選A；電壓最大測量值為2.00 V，電壓表應選C；為方便實驗操作滑動變阻器應選擇E。 (2)由表中實驗數(shù)據(jù)可以知道，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；燈泡最大阻值約為R＝＝ Ω＝4.0 Ω，電流表內阻約為0.125 Ω，電壓表內阻約為3 kΩ，電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應選擇外接法；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”的實驗中，已備有以下器材：小燈泡、學生電源、開關、導線若干，還必需的器材有(　　) A．電壓表　　　　　　　　 B．電流表 C．滑動變阻器 D．多用電表 解析：選ABC　實驗中要測量電壓和電流，必需電壓表和電流表，描繪圖線必須測出多組U、I值，因此要用滑動變阻器調節(jié)小燈泡的電流和電壓，A、B、C正確。 2．做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗。 (1)實驗電路圖已經(jīng)畫出了一部分，如圖所示，但尚未完整，請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應向________(選填“A”或“B”)端移動。 解析：(1)采用滑動變阻器分壓式連接，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應向B端移動。 答案：(1)見解析　(2)B 3．以下是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的操作步驟： A．閉合開關，記下電流表、電壓表的一組示數(shù)(I，U)，移動滑動變阻器的滑動觸頭，每移動一次記下一組(I，U)值，共測出12組數(shù)據(jù)； B．將電流表、電壓表、滑動變阻器、小燈泡、電源、開關正確連接成電路。電流表外接，滑動變阻器采用分壓式，如圖所示； C．調節(jié)觸頭位置，使閉合開關前觸頭處于滑動變阻器的左端； D．按所測數(shù)據(jù)，在坐標紙上描點并將各點用直線段連接起來，得出小燈泡的伏安特性曲線。 (1)以上各步驟中存在錯誤或不妥之處的是________，應如何改正：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)將各步驟糾正后，按實驗先后順序排列：____________________________。 解析：錯誤或不妥的步驟是ACD。A步驟：測量不同電壓下的電流值I時，應先預設各組數(shù)據(jù)中的電壓U或電流I的值，而不是隨意測，隨意測時會使描點疏密不均勻，畫圖線時出現(xiàn)較大誤差，甚至無法畫出IU圖線。C步驟：閉合開關前應使小燈泡兩端電壓為零，即觸頭應置于滑動變阻器最右端。D步驟：應將各點用平滑的曲線連接。 答案：(1)見解析　(2)BCAD 4．要測繪一個標有“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(電動勢為4.5 V，內阻約1 Ω) 電流表A(量程為0～250 mA，內阻約5 Ω) 電壓表V(量程為0～3 V，內阻約3 kΩ) 開關一個、導線若干 (1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的________(填字母代號)。 A．滑動變阻器R1(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) B．滑動變阻器R2(最大阻值1 750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實驗的電路圖應選用下列的圖________(填字母代號)。 解析：描繪小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從零開始，需選用滑動變阻器的分壓式接法，滑動變阻器阻值應選較小的，故選A。由于燈泡電阻較小，正常工作時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．某實驗小組要描繪一只小燈泡L(2.5 V　0.5 A)的伏安特性曲線。實驗中除導線和開關外，還有以下器材可供選擇： 電源E(3.0 V，內阻約0.5 Ω) 電壓表V1(0～3 V，內阻約3 kΩ) 電壓表V2(0～15 V，內阻約15 kΩ) 電流表A1(0～0.6 A，內阻約0.125 Ω) 電流表A2(0～3 A，內阻約0.025 Ω) 滑動變阻器R1(0～5 Ω) 滑動變阻器R2(0～1 750 Ω) (1)電壓表應選擇__________，電流表應選擇________，滑動變阻器應選擇__________。 (2)實驗過程中要求小燈泡兩端電壓從零開始調節(jié)，應選擇下圖中哪一個電路圖進行實驗________。 解析：(1)燈泡的額定電壓為2.5 V，額定電流是0.5 A，所以電壓表應選擇V1，電流表應選擇A1，因本實驗必須采用分壓接法，故滑動變阻器應選擇總阻值較小的R1。 (2)描繪燈泡伏安特性曲線，電壓、電流要從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓式接法，燈泡的電阻約為R＝ Ω＝5 Ω，遠小于電壓表內阻，電流表采用外接法誤差較小，選圖A所示實驗電路。 答案：(1)V1　A1　R1　(2)A 6．表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡UI關系的實驗數(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)分析表內實驗數(shù)據(jù)可知，應選用的實驗電路圖是圖中的_____(選填“甲”或“乙”)。 (2)請在圖丙所示的方格紙內畫出小燈泡的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、電流從零開始測量，因此需要滑動變阻器分壓接法，故該實驗選擇分壓接法。故應選擇甲電路。 (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，故說明當電流增大時，燈泡的電阻增大。 答案：(1)甲　(2)見解析圖　變大