物理人教版选修3-1学案第二章实验测绘小灯泡的伏安特性曲线

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1．测绘小灯泡的伏安特性曲线。2．分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验原理欧姆定律。三、实验电路1．电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。2．滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图所示。四、实验器材小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。五、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按如图所示的电路原理图连接好实验电路。2．把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S。3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。4．拆去实验线路，整理好实验器材。六、数据处理1．在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。2．连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。3．根据图像计算电阻时，应用R＝eq\f(U,I)来计算。七、误差分析1．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系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。2．测量时，读数带来偶然误差。3．在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。八、注意事项1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至eq\f(2,3)量程左右。4．测绘I­U(U­I)图线时要注意三点：一是标度选取合理。即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。[例1]在《描绘小灯泡的伏安特性曲线》实验中选择“3V0.5A”的小灯泡作为研究对象，现备有以下器材：A．电流表A1(量程0～0.6A，内阻1Ω)B．电流表A2(量程0～3A，内阻1Ω)C．电压表V1(量程0～15V，内阻约10kΩ)D．电压表V2(0～3V，内阻约2kΩ)E．滑动变阻器R1(阻值0～100Ω)F．滑动变阻器R2(阻值0～10Ω)G．电源E＝6VH．开关S，导线若干(1)在本实验中，电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用______；(填入器材序号)(2)滑动变阻器应采用______(填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用______(填“内”“外”)接法；(3)设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I＝______A，U＝______V。[解析](1)“3V0.5A”的小灯泡，则电流表应选用A(量程0～0.6A，内阻1Ω)，电压表应选用D(0～3V，内阻约2kΩ)；描绘小灯泡伏安特性曲线，滑动变阻器选用F(阻值0～10Ω)。(2)描绘小灯泡伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压式接法；小灯泡正常工作时的电阻RL＝eq\f(U,I)＝6Ω，比电压表电阻小的多，则电流表应采用外接法。(3)根据题图中电流表、电压表的示数可知I＝0.48A，U＝2.20V。[答案](1)ADF(2)分压外(3)0.482.20[例2]小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而变大，某同学利用实验探究这一现象，所提供的器材有：A．电流表A1：量程0～0.6A，内阻约0.125ΩB．电流表A2：量程0～3A，内阻约0.025ΩC．电压表V1：量程0～3V，内阻约3kΩD．电压表V2：量程0～15V，内阻约15kΩE．滑动变阻器R1：总阻值约10ΩF．滑动变阻器R2：总阻值约200ΩG．电池E：电动势3.0V，内阻很小H．导线若干，开关S该同学选择仪器，设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据：I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)请你推测该同学选择的器材是：电流表为______，电压表为______，滑动变阻器为______(以上均填写器材前序号)。(2)请你推测该同学设计的实验电路图并画在下面的虚线框中。[解析](1)由表中实验数据可以知道，电流最大测量值为0.50A，则电流表应选A；电压最大测量值为2.00V，电压表应选C；为方便实验操作滑动变阻器应选择E。(2)由表中实验数据可以知道，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡最大阻值约为R＝eq\f(U,I)＝eq\f(2.00,0.50)Ω＝4.0Ω，电流表内阻约为0.125Ω，电压表内阻约为3kΩ，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应选择外接法；电路图如图所示。[答案](1)ACE(2)电路图见解析1．[多选]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，已备有以下器材：小灯泡、学生电源、开关、导线若干，还必需的器材有()A．电压表 B．电流表C．滑动变阻器 D．多用电表解析：选ABC实验中要测量电压和电流，必需电压表和电流表，描绘图线必须测出多组U、I值，因此要用滑动变阻器调节小灯泡的电流和电压，A、B、C正确。2．做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。(1)实验电路图已经画出了一部分，如图所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好；(2)按你连接的电路，S闭合后，要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向________(选填“A”或“B”)端移动。解析：(1)采用滑动变阻器分压式连接，电路图如图所示：(2)要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向B端移动。答案：(1)见解析(2)B3．以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：A．闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；B．将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路。电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图所示；C．调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是________，应如何改正：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：____________________________。解析：错误或不妥的步骤是ACD。A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I­U图线。C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端。D步骤：应将各点用平滑的曲线连接。答案：(1)见解析(2)BCAD4．要测绘一个标有“3V0.6W”的小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。已选用的器材有：电池组E(电动势为4.5V，内阻约1Ω)电流表A(量程为0～250mA，内阻约5Ω)电压表V(量程为0～3V，内阻约3kΩ)开关一个、导线若干(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)。A．滑动变阻器R1(最大阻值20Ω，额定电流1A)B．滑动变阻器R2(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)。解析：描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始，需选用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器阻值应选较小的，故选A。由于灯泡电阻较小，正常工作时R＝eq\f(U2,P)＝15Ω，电流表选用外接法误差较小，故电路图选B。答案：(1)A(2)B5．某实验小组要描绘一只小灯泡L(2.5V0.5A)的伏安特性曲线。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：电源E(3.0V，内阻约0.5Ω)电压表V1(0～3V，内阻约3kΩ)电压表V2(0～15V，内阻约15kΩ)电流表A1(0～0.6A，内阻约0.125Ω)电流表A2(0～3A，内阻约0.025Ω)滑动变阻器R1(0～5Ω)滑动变阻器R2(0～1750Ω)(1)电压表应选择__________，电流表应选择________，滑动变阻器应选择__________。(2)实验过程中要求小灯泡两端电压从零开始调节，应选择下图中哪一个电路图进行实验________。解析：(1)灯泡的额定电压为2.5V，额定电流是0.5A，所以电压表应选择V1，电流表应选择A1，因本实验必须采用分压接法，故滑动变阻器应选择总阻值较小的R1。(2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压、电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡的电阻约为R＝eq\f(2.5,0.5)Ω＝5Ω，远小于电压表内阻，电流表采用外接法误差较小，选图A所示实验电路。答案：(1)V1A1R1(2)A6．表格中所列数据是测量小灯泡UI关系的实验数据：U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_____(