2024-2025学年高中物理第2章电路实验1测绘小灯泡的伏安特性曲线教案粤教版选修3-1

PAGE11-试验1测绘小灯泡的伏安特性曲线[学习目标]1.[物理观念]理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择．2.[物理观念]理解滑动变阻器的两种接法，能进行正确地应用．3.[科学探究]学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并驾驭分析图线的方法．一、电流表的内接法和外接法的比较1．两种接法的比较内接法外接法电路误差分析电压表示数UV＝UR＋UA>UR电流表示数IA＝IRR测＝eq\f(UV,IA)>eq\f(UR,IR)＝R真电压表示数UV＝UR电流表示数IA＝IR＋IV>IRR测＝eq\f(UV,IA)<eq\f(UR,IR)＝R真误差来源电流表的分压作用电压表的分流作用2.电流表内、外接的选择方法(1)干脆比较法：当Rx≫RA时，采纳内接法，当Rx≪RV时，采纳外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”．(2)公式计算法当Rx>eq\r(RARV)时，电流表用内接法，当Rx<eq\r(RARV)时，电流表用外接法，当Rx＝eq\r(RARV)时，两种接法效果相同．(3)试触法：如图，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，视察两电表的示数变更，若电流表的示数变更明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变更，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．二、滑动变阻器两种接法的比较限流式分压式电路组成变阻器接入电路的特点采纳“一上一下”的接法采纳“两下一上”的接法调压范围eq\f(ERx,R＋Rx)～E(不计电源内阻)0～E(不计电源内阻)适用状况负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不大，或R稍大，且电压、电流变更不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变更范围较大，且从零起先连续可调(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R三、测绘小灯泡的伏安特性曲线1．试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(U，I)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，电路图如图所示．2．试验器材学生电源(4～6V直流)或电池组、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．试验步骤(1)依据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图所示的电路图连接好实物图．(留意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)(2)闭合开关S，调整滑动变阻器，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)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．5．试验结果与数据分析(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更而变更．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上升而增大．6．留意事项(1)因I­U图线是曲线，本试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纳分压式接法．(2)由于小灯泡的电阻较小，故采纳电流表外接法．(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，应当用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去．【例1】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的试验中，除有一标有“3V1.8W”的小灯泡、电源、导线和开关外，还有：电流表A(0～0.6A，内阻约为0.1Ω)、电压表V(0～3V，内阻约为4kΩ)、滑动变阻器R(0～10Ω，2A).试验要求保证器材的平安，灯泡两端的电压能从0连续调整，(1)为尽可能地减小误差，试验中采纳电流表________(选填“内接”或“外接”)，采纳正确的方式测出的电阻值________(选填“大于”“小于”或“等于”)电阻的真实值．(2)设计并画出一个合理的电路图．(3)某同学依据电路图连接实物图时，并未连接完整，请用笔画线代替导线完成实物图的连接．(4)依据实物图，开关S闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应当置于________(选填“左端”“右端”或“中间”).[解析](1)灯泡正常发光时电阻R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(32,1.8)Ω＝5Ω，eq\f(4000Ω,5Ω)>eq\f(5Ω,0.1Ω)，故电流表采纳外接法．采纳外接法时，通过灯泡的实际电流小于电流表读数，依据欧姆定律R＝eq\f(U,I)得，测出的电阻值小于电阻的真实值．(2)电压与电流从零起先变更，则滑动变阻器应采纳分压接法，电路图如图所示．(3)依据电路图连接实物图：(4)闭合开关前，分压电路分得的电压应为零，所以滑片应置于右端．[答案](1)外接小于(2)见解析图(3)见解析图(4)右端【例2】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”试验中，要测量一个标有“3V1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：A．直流电源3V(内阻可不计)；B．直流电流表0～600mA(内阻约0.5Ω)；C．直流电压表0～3V(内阻约3kΩ)；D．滑动变阻器(10Ω，1AE．滑动变阻器(1kΩ，300mA)；F．开关、导线若干．(1)本试验中滑动变阻器选用________(选填“D”或“E”).(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图甲所示，电路中全部元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零．闭合开关后发觉电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是__________；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线是________；若反复调整滑动变阻器，小灯泡亮度发生变更，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是________．甲(3)下表中的各组数据是该同学在试验中测得的，依据表格中的数据在如图乙所示的坐标系中作出该灯泡的伏安特性曲线．U/VI/A000.50.171.00.301.50.392.00.452.50.49乙[解析](1)由题图甲所示电路图可知，滑动变阻器采纳分压式接法，为便利试验操作，滑动变阻器应选D.(2)依据电路中全部元器件都完好，且电压表和电流表已调零，闭合开关后，发觉电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为d；若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为h；若反复调整滑动变阻器，小灯泡亮度发生变更，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为g.(3)依据表中试验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象．[答案](1)D(2)dhg(3)如图所示仪器选择和电路设计的原则(1)平安原则：所选电器元件在电路中不能被损坏，如电压表或电流表在电路中时，各对应物理量应不超过它们的量程．(2)目的性原则：所设计的电路应能够达到试验的目的．(3)精确性原则：选取仪器或器材时应考虑减小系统误差，如电压表或电流表的指针偏转应尽可能指在中间刻度旁边．(4)便利操作原则：所设计的试验简单达到试验目的，且又简捷、便利．1．有一未知电阻Rx，为较精确地测出其阻值，先后用图中甲、乙两种电路进行测试，利用甲图测得的数据是“2.8V5.0mA”，而用乙图测得的数据是“3.0V4.0mA”，那么该电阻测得的较为精确的状况是()甲乙A．560Ω，偏大 B．560Ω，偏小C．750Ω，偏小 D．750Ω，偏大D[由于eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,U)))＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(2.8－3.0,2.8)))<eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔI,I)))＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(5.0－4.0,5.0)))，即电流表的变更大，电压表的分流作用大，依据试触法的原则，可知用电流表内接法比较精确，用乙图电路，此时电阻为R＝eq\f(U,I)＝eq\f(3.0,4.0×10－3)Ω＝750Ω.在电流表的内接法中，测量值大于真实值，故选项D正确．]2．(多选)用伏安法测未知电阻Rx时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将仪器按图所示接好，只空出一个电压表的一个接头K，然后将K分别与a、b接触一下，视察电压表和电流表示数变更状况，则()A．若电流表示数有显著变更，K应接aB．若电流表示数有显著变更，K应接bC．若电压表示数有显著变更，K应接aD．若电压表示数有显著变更，K应接bBC[若电流表示数有显著变更，说明电压表分流明显，电流表应采纳内接法，K应接在b处，故A错误，B正确；若电压表示数有显著变更，说明电流表的分压明显，电流表应采纳外接法，K应接在a处，故C正确，D错误．]3.如图是某同学经过试验描绘的一个小灯泡的伏安特性曲线，分析该曲线，下列说法正确的是()A．小灯泡的伏安特性曲线的斜率随着电压的上升而增大B．小灯泡灯丝的电阻随着电压的上升而增大C．欧姆定律适用于小灯泡，所以小灯泡是个线性元件D．小灯泡灯丝的电阻随着电压的上升而减小B[由图象可知小灯泡的伏安特性曲线的斜率随着电压的上升而减小，A错误；小灯泡的电阻随着电压的上升而增大，B正确，D错误；小灯泡的伏安特性曲线是曲线，不是过原点的直线，所以小灯泡不是线性元件，欧姆定律只对小灯泡的某一状态适用，C错误．]4．如图所示是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”试验的实物连接图．(1)依据实物图在虚线框中画出试验电路图；eq\x(\a\al(,,,,))(2)调整滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V．读数为：①____________、②____________、③___________、④___________．两组数据得到的电阻分别为___________和___________．[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，最小刻度为0.02A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10A．②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③表示数为2.00V，④表示数为0.28V．灯泡两端电压小，电流就小，故①④为同一组数据，②③为另一组数据，依据欧姆定律R1＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(2.00V,0.24A)≈8.3Ω，R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(0.28,0.10)Ω＝2.8Ω.[答案]见解析5．为描绘小灯泡的伏安特性曲线，试验室备有下列器材：A．小灯泡(额定电压6V，额定电流600mA)B．电流表(量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω)C．电流表(量程0～3A，内阻约为0.1Ω)D．电压表(量程0～6V，内阻约为10kΩ)E．滑动变阻器R1(0～10Ω，2AF．滑动变阻器R2(0～100Ω，1.5AG．直流电源E(约6V)H．开关、导线若干(1)试验中电流表应选用________，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，将图甲电路连接完整．(3)试验电路连接正确，闭合开关，从最左端向右端调整滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，依据试验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是________．[解析](1)由于小灯泡的额定电流为600mA＝0.6A，因此电流表选用；由于滑动变阻器采纳分压接法，为了调整便利，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，调整滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调整范围小，且没有从零起先变更，由此可以推断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路．[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6．有一个小灯泡上标有“4V2W”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(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)C．电流表(0～3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(10Ω，2AF．滑动变阻器(500Ω，1AG．学生电源(直流6V)、开关、导线若干(1)试验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成试验，请说明理由：_______________________________________________.(2)试验中所用电压表应选用________，电流表应选用______，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)(3)把图丙中所示的试验器材用实线连接成实物电路图．[解析](1)因试验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，须要多次变更小灯泡两端的电压，故采纳甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零起先调整，且能便利地测多组数据．(2)因小灯泡额定电压为4V，则电压表选0～5V的电压表A，而舍弃0～15V的电压表B，因为15V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(2,4)A＝0.5A，则电流表选D.由于采纳分压式电路，且小灯泡电阻为R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(42,2)Ω＝8Ω，故滑动变阻器选用E.(3)小灯泡电阻为电流表内阻的eq\f(8,0.4)＝20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的eq\f(1×104,8)＝1250倍，故电流表采纳外接法．[答案](1)描绘灯泡的I­U图线所测数据需从零起先，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示7．图甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”试验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3V.(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图．(2)完成下列试验步骤：①闭合开关前，调整滑动变阻器的滑片