《创新设计》2015-2016学年高二物理粤教版选修3-1 学案：第二章 第11讲 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 WORD版含答案.docx

1、第11讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线目标定位1.会正确选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.1.实验原理由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升高而增大，因此灯丝的电阻随温度的升高而增大.由R得，在IU坐标系中，图线上的点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，故画出的小灯泡的IU图线为曲线.2.实验器材学生电源(46 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.3.在方框中画出测小灯泡伏安特性曲线的电路图.想一想小灯泡的伏安特性曲线是向上弯曲的还是向

2、下弯曲的？答案因为小灯泡的电阻随温度的升高而增大，又因为图线上O点与原点连线的斜率表示小灯泡电阻的倒数，所以小灯泡的伏安特性曲线是向下弯曲的曲线.一、探究实验原理1.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RxRA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电阻，或测小电阻，或2.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滑动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)0E(不计电源内阻)适用情况负载电阻的阻值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

3、化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R(3)实验中各电表的量程较小时，为了避免烧坏电表，采用分压式接法二、实验过程1.实验步骤(1)按图1所示的电路图连接好实物图.(注意连接电路时开关应断开，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12345678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

4、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：小灯泡灯丝的伏安特曲线是曲线的原因是小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.(3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差.5.

5、注意事项(1)本实验要作IU图线，要求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IU图线时纵轴、横轴的标度要适中，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，对个别偏离较远的点应舍去.例1有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线.现有下列器材供选用：A.电压表(05 V，内阻10 k) B.电压表(015 V，内阻20 k)C.电流表(03 A，内阻1 ) D.电流表(00.6 A，内阻0.4 )E.滑动变阻器(10 ，2 A) F.滑动变阻器(500

6、 ，1 A)G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干图2(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：_.(2)实验中所用电压表应选_，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中所示的实验器材连接成实物电路图.图3答案(1)描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示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，故采用图甲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4 V，则电压表量程选05 V，因015 V的量程太大，读数误差大，小灯

7、泡的额定电流I0.5 A，则电流表选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8 ，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.小灯泡电阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的1 250倍，故电流表采用外接法.例2某同学在做“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12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在图4中画出IU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_.(

8、3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_.答案(1)图见解析(2)开始时不变，后来逐渐增大(3)增大解析画出IU图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来逐渐向U轴弯曲说明电阻增大.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“3.8 V0.3 A”B.电流表：量程00.6 A，内阻约为0.5 C.电流表：量程03 A，内阻约为0.1 D.电压表：量程05 V，内阻约为5 kE.滑动变阻器：阻值范围010 ，额定电流2 AF.电池组：电动势6 V，内阻约为1 G.开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，电流表应选_.(填器材前选项)(2)根据实

9、验要求，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，根据你选用的实验器材，画出实验电路图，并将图5所示的器材按电路图连成实物电路.图5答案(1)B(2)图见解析解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，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，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示.(时间：60分钟)1.(双选)在图1中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法正确的是()图1A.甲图的接法叫电流表内接法，乙图的接法叫电流表外接法B.甲中R测R真，乙中R测R真C.甲中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应

10、使RRV，故此法测较小电阻好D.乙中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使RRA，故此法测较大电阻好答案CD解析甲图叫做电流表的外接，乙图叫做电流表的内接，A错误；甲图由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由R可知，R测R真，R越大，电流表的分压相对越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，B错误；C、D正确.2.伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图2所示，让电压表一端接在电路上a点，另一端先、后接到b点和c点.注意观察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表的两端应接在a和_点.若电压表的示数有显著变化，则待测电阻的

11、阻值跟 _表的内阻可比拟，电压表应接在a和_两点.图2答案电压c电流b解析若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，即待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采用电流表内接法，即电压表的两端应接在a和c之间；若电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用较明显，即电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采用电流表的外接法，即电压表应接在a、b之间.3.LED发光二极管具有体积小、亮度高、能耗低、寿命长等诸多优点，被人们誉为本世纪的新型光源，已广泛应用到电脑、手机等电子产品中.有一种LED手灯就是用几个发光二极管并联后作为光源使用的，其发光效率很高.它在正常工作时，正向电压约2.8 V，电流在10 mA

12、左右.现取一只这样的发光二极管(电路符号可用表示)，测量它的伏安特性，提供的实验器材如下：A.电源E(电动势为4 V，内阻约为2 )B.滑动变阻器R0(阻值02 )C.电流表A1(量程015 mA，内阻约为10 )D.电流表A2(量程00.6 A，内阻约为5 )E.电压表V1(量程03 V，内阻约为1 k)F.电压表V2(量程015 V，内阻约为10 k)G.开关及导线若干则：(1)电流表应选_、电压表应选_.(2)并在方框中画出电路图.答案(1)C(或A1)E(或V1)(2)电路图如图所示4.如图3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IU关系曲线图.(1)为了通

13、过测量得到如图甲所示IU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：_.(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100 )(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1250 .由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_ . 甲 乙丙 丁图3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)5.2111.8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IU图线，故选图乙.(2)通过R1的电流I1 A36 mA，通过热

14、敏电阻的电流I2II1(7036) mA34 mA，由图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2 V，电阻R2 111.8 .5.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：规格为“3.8 V0.3 A”电压表V：量程05 V，内阻5 k电流表A1：量程0100 mA，内阻4 电流表A2：量程0500 mA，内阻0.4 滑动变阻器R1：最大阻值10 ，额定电流1.0 A滑动变阻器R2：最大阻值5 ，额定电流0.5 A直流电源E，电动势约为6 V，内阻约为0.5 (1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_.(填器材后面的序号)(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图

15、中注明各元件的符号.(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中，描绘出如图4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4答案(1)R1A2(2)电路图如解析图所示(3)BD解析(1)本题滑动变阻器采用分压式接法，通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，但本题中如果选用R2，则电路中的电流会超过R2的额定电流，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开始测量，滑动变阻器用分压式接法；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和灯泡两端电

16、压的增大，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PI2R知D图正确.6.在“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图5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5(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)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6(a)、(b)、(c)，下列说法正确的是()图6A.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(

17、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IU线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A对，B错.因IU图线上点与原点连线的斜率倒数表示电阻值的变化，故C对，D错.7.某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值.(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A.电流表(03 A，内阻约0.025 ) B.电流表(00.6 A，内阻约0.125 )C.电压表(03 V，内阻约3 k) D.电压表(015

18、V，内阻约15 k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图7中的_(选填“甲”或“乙”).图7(2)图8是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线.请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线.图8(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图9所示，可得该电阻的测量值Rx_(保留两位有效数字).图9(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_.(均选填选项前的字母)A.电流表测量值小于流经Rx的电流值B.电

19、流表测量值大于流经Rx的电流值C.电压表测量值小于Rx两端的电压值D.电压表测量值大于Rx两端的电压值答案(1)BC甲(2)如解析图(3)5.2(4)BD解析(1)电源电动势为4 V，电压表选择C；电路中的电流最大值Im远小于3 A，所以电流表选择B.被测电阻阻值较小，电流表分压作用明显，所以采用电流表的外接法，即甲电路图.(2)根据实验电路原理图连接实物图如下：(3)电压表读数为2.60 V，电流表读数为0.50 A，代入Rx 5.2 .(4)甲电路：由于电压表的分流作用，电流表测量的电流值大于通过被测电阻的电流值.乙电路：由于电流表的分压作用，使电压表测量的电压值大于被测电阻两端的电压值.