2019-2020学年高中物理第二章电路学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学案粤教版选修3-1

1、学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学科素养与目标要求物理观念：掌握电表的读数方法科学探究：通过实际操作培养学生的动手能力与科学探究精神科学思维：1.能在实验中正确选择滑动变阻器的两种接法与电流表的内接法、外接法.2.能根据需要正确选择电表或量程.3.会根据所得的实验结果分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关计算一、电压表、电流表的读数方法1 首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或电流值2 根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数3按照指针的实际位置进行读数4. (1)03V的电压表和03A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1

2、V和0.1A,读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位(2)对于015V量程的电压表，精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V.(3)对于00.6A量程的电流表，精确度是0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A.举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘28图1甲图中，电流表使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;当使用3A量程时，每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.乙图中，电压表使用3V量程时，每一小格为01V，表针示数为1.70V;使用15V量程时，每一小格为0.5V,表针

3、示数为8.5V.二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用1 .电流表的内接法和外接法电路图(如图2所示)图2(2)误差分析内接法：U测LRx,R测R真，适合测量大电阻.外接法：I测Irx,R测vR真，适合测量小电阻.(3)电流表内、外接法的选择当R裳即RvJRR时，用电流表外接法.RxRa,RR当三三，即rJRR时，用电流表内接法.RaR(2 .滑动变阻器的限流式与分压式接法电路图(如图3所示)图3（2）分压式和限流式电路的选择原则若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路.若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电

4、压变化范围不够大，此时，应用分压式电路.若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或电压）,则此时必须选用分压式电路.（3）说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单，能耗低.三、测绘小灯泡的伏安特性曲线1 .实验原理用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组（UI）值，在IU坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图4所示.图42 .实验器材学生电源(46V直流)或电池组、

5、小灯泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.3 .实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图4所示的电路图连接好实物图.(注意开关应断近一滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零_)(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.4 .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)在坐标纸中描出各组数据所对应的点.(3)将描出的点

6、用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.5 .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：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化.曲线向横轴弯曲，即随电压的增大，曲线上的点与原点的连线的斜率变小，力阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大.6 .注意事项(1)因IU图线是曲线，本实验要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I-U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，个别偏离较远的点应

7、舍去.、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择1在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，选择“3V0.5A”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：（1） 下列实验器材中应选择（填入器材序号）A.电流表（量程00.6A,内阻约1Q）B.电流表（量程03A,内阻约1Q）C.电压表（量程015V,内阻约10kQ）D.电压表（03V,内阻约2kQ）E.滑动变阻器（阻值01000Q）F.滑动变阻器（阻值010Q）G.电源E=6VH.开关S,导线若干（2） 在本实验中，滑动变阻器应采用（填“分压”或“限流”）接法，电流表应采用（填“内”或“外”）接法（3） 在方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将

8、图5中的器材连接成可供实验的电路图5答案(1)ADFGH(2)分压外(3)见解析图解析(1)灯泡额定电流为0.5A，电流表选择A；灯泡额定电压为3V，电压表选择D；为方便实验操作，滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH；(2) 描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；(3) 滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示：根据电路图连接实物图，如图乙所示：实验数据处理图6甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3V.图6(1)

9、在图乙方框中画出与实物电路相对应的电路图.(2)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最(选填“左”或右)骊；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；记录如下8组U和I的数据，断开开关.根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡的伏安特性曲线.编力12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小灯泡发光情况小凫微亮逐渐变亮正常发光（3）数据分析：从图线上可以得知，当电

10、压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是图线表明导体的电阻随温度的升高而.小灯泡正常工作时的电阻约为.（保留到小数点后一位）答案（1）见解析图（2）左见解析图（3）先不变，后逐渐增大增大14.6Q解析（1）与实物电路相对应的电路图如图（a）所示.（2）为保护实验器材，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.根据表格中的数据，画出小灯泡的IU图线如图（b）所示.(3)从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大.图线表明导体的电阻随温度的升高而增大.3根据IU图线可得电压U=3V时，I=0.205A,所以小灯泡正常工作时的电阻约为Rt=-0.205=14.6

11、Q.学科素养通过选择电表、选择电路、选择量程、实物连线、数据处理等，既锻炼了学生应用所学知识处理问题的能力，又提高了学生获取、处理信息和基于证据得出结论并做出解释的能力，体现了“科学思维”和“科学探究”的学科素养1. 分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中电表所选量程测量值015V03V03A00.6A答案11.0V2.20V0.80A0.16A解析015V的最小分度为0.5V,读数为11.0V;03V的最小分度为0.1V,读数为2.20V;03A的最小分度为0.1A,读数为0.80A;00.6A的最小分度为0.02A,读数为0.16A.2. （2018山师附中期末）现要测定一个额

12、定电压为3V、额定功率为1.2W的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为03V.现有器材：直流电源E（电动势4.5V,内阻不计）电压表V1（量程3V,内阻约为3kQ）电压表V2（量程15V,内阻约为15kQ）电流表A1（量程200mA内阻约为20）电流表A2（量程400mA内阻约为1）滑动变阻器R（最大阻值为20Q）开关S,导线若干.（1）如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是（填写“V1”或“V2”），选用的电流表是（填写“A1”或“A2”）.（2）将测量小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号.答案（1）V1A2（2）见解析图一，一,、一，一，、一，

13、一P解析（1）灯泡的额定电压为3V,则电压表选V1；小灯泡的额定电流I=1=0.4A=400mA故电流表应选量程为400mA的A2;12（2）小灯泡的电阻R=-=7.5Q,由于R?R,故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图：） 为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实3. （2017南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考试验室备有下列器材：A.小火T泡（额定电压6V,额定电流600mA）B.电流表（量程00.6A,内阻约为0.5）C.电流表(量程03A,内阻约为0.1Q)D.电压表(量程06V,内阻约为10kQ)E.滑动变阻器R(010Q,2A)F.滑动变阻器R(0100Q,1.5A)

14、G.直流电源E约6V)H.开关、导线若干(1) 实验中电流表应选用，滑动变阻器应选用(填器材前的字母代号)(2) 请用笔画线代替导线，将图7甲电路连接完整图7记录电流表和电压(3) 实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向右端调节滑动变阻器滑片，表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是答案(1)BE(2) 如图所示(3) 电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路解析由于小灯泡的额定电流为600mA=0.6A,因此电流表选用；由于滑动变阻器采用分压接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1.(3)闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端

15、移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调节范围小，且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路1.（2018滨州市期末）有一灯泡上标有“2.5V1.5W字样，现要测绘该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：A.电压表（03V,内阻1.0k）B.电压表（015V,内阻3.0kQ）C.电流表（03A,内阻1.0Q）D.电流表（00.6A,内阻3.5Q）E.滑动变阻器（最大阻值为5Q,2A）F.滑动变阻器（最大阻值为1000a,0.5A）G.学生电源（直流6V）及开关、导线等（1） 实验中所用的电压表应选，电流表应选，滑动变阻器应选（选填器材前面的字母）（2） 本

16、实验要求电压从零开始测量，所以下列电路图中正确的为答案(1)ADE(2)B2. (2018聊城市期末)某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5V1.2W)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A.电压表(03V,内阻6kQ)B.电压表(015V,内阻30kQ)C.电流表(03A,内阻0.1Q)D.电流表(00.6A,内阻0.5)E.滑动变阻器(010Q,5A)F.滑动变阻器(01kQ,0.1A)G.电源(3V,内阻不计)H.开关一个，导线若干.(1) 电压表应选用，电流表应选用，滑动变阻器应选用(用序号字母表示)(2) 如图1所示，图中有几根导线已经接好，为完成本实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完

17、整，要求实验误差尽可能的小图1(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在图2坐标纸上补齐未画出的数据点，用“X”表示，并绘出IU图线.根据IU图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻(填“变大”或“变小”).U/V0.000.400.801.001.201.501.802.002.202.50I/A0.000.170.270.300.350.390.430.450.470.48答案(1)ADE(2)如图所示(3)如图所示变大3图3是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图(1)根据实物连接图在虚线框中画出实验电路图;(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图4中的

18、、所示，电流表量程为0.6A,电压表量程为3V.读数为：?.两组数据得到的电阻分别为和.图4答案见解析解析（1）由实物连接图可知电路图如图所示.（2）电流表量程为0.6A时，最小分度为0.02A,读数读到小数点后两位，所以表示数为0.10A,表示数为0.24A;电压表量程为3V,最小刻度为0.1V,应估读到0.01V,所以表示数为2.00V,表示数为0.28V.灯泡两端电压小，电流就小，故为同一组数据，为另一组数据，根据欧姆定律=?=2黑=8.3R2=U2=J28-Q=2.8Q.Ii0.24AI20.104.一个小灯泡上标有“4V0.5A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线.现有下列

19、器材供选择：A.电压表（05V,内阻约10kQ）B.电压表（015V,内阻约20kQ）C.电流表（03A,内阻约1Q）D.电流表（00.6A,内阻约0.4）E.滑动变阻器（10Q,2A）F.滑动变阻器（500Q,1A）G.电源（直流6V）、开关、导线若干图5（1） 实验时，选用图5中（填“甲”或“乙”）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，滑动变阻器应选（用字母序号表示）（3） 把图6所示的实验器材用实线连接成实物电路图答案（1）甲描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始（2）ADE如图所示5.要测绘额定电压为2V的常用小灯泡的伏安特性曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：A.电源E（电动势3.0V,内阻可不计）B.电压表Vi（量程为03.0V,内阻约2k）C.电压表V2（015.0V,内