2018-2019版學(xué)案導(dǎo)學(xué)高中物理選修3-1教科版配套文檔：第二章 直流電路學(xué)生實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)生實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解電流表的內(nèi)接法和外接法，并會(huì)進(jìn)行正確選擇.2。理解滑動(dòng)變阻器的兩種接法，能進(jìn)行正確地應(yīng)用.3。學(xué)會(huì)描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法．一、電表的讀數(shù)方法對(duì)于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程,即指針指到最大刻度時(shí)電表允許通過的最大電壓或電流值，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實(shí)際位置進(jìn)行讀數(shù)即可．（1）0～3V的電壓表和0~3A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0。1V和0.1A,看清楚指針的實(shí)際位置，讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位．（2）對(duì)于0～15V量程的電壓表，精確度是0。5V,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位，即讀到0。1V。（3)對(duì)于0～0。6A量程的電流表，精確度是0。02A，在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時(shí)要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0。01A。舉例：如圖1為電流表和電壓表的刻度盤．圖1甲圖中，電流表使用0.6A量程時(shí),刻度盤上的每一小格為0.02A，表針示數(shù)為0。44A；當(dāng)使用3A量程時(shí)，每一小格為0.1A，表針示數(shù)為2。20A.乙圖中,電壓表使用3V量程時(shí),每小格為0。1V,表針示數(shù)為1。70V；使用15V量程時(shí),每小格為0.5V,表針示數(shù)為8.5V。

二、描繪小燈泡的伏安特性曲線1．實(shí)驗(yàn)原理用電流表測(cè)出流過小燈泡的電流，用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓,測(cè)出多組（U，I）值，在I－U坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖2所示．圖22．實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(4～6V直流）或電池組、小燈泡（“4V0。7A”或“3。8V0。3A”）、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙．3．實(shí)驗(yàn)步驟(1）根據(jù)小燈泡上所標(biāo)的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好實(shí)物圖．(注意開關(guān)應(yīng)斷開,滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零）(2）閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I.（3）用同樣的方法測(cè)量并記錄幾組U和I，填入下表.次數(shù)12345678電壓U/V電流I/A（4)斷開開關(guān)，整理好器材．4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標(biāo)系．(2）在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)．（3)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線．5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析（1）結(jié)果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線,而是向橫軸彎曲的曲線．（2)分析:燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化．曲線向橫軸彎曲，即曲線上的點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率變小，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大．6．注意事項(xiàng)(1）因I－U圖線是曲線，本實(shí)驗(yàn)要測(cè)出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法．（2）由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法．（3)畫I－U圖線時(shí)縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜,不要畫成折線,應(yīng)該用平滑的曲線連接，對(duì)個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去．一、實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇例1在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，選擇“3V0.5A"的小燈泡作為研究對(duì)象，請(qǐng)回答下面幾個(gè)問題：（1)下列實(shí)驗(yàn)器材中應(yīng)選擇________(填入器材序號(hào))A．電流表（量程0～0.6A,內(nèi)阻約1Ω）B．電流表（量程0～3A,內(nèi)阻約1Ω)C．電壓表（量程0~15V,內(nèi)阻約10kΩ）D．電壓表(量程0~3V，內(nèi)阻約2kΩ)E．滑動(dòng)變阻器(阻值0～100Ω)F．滑動(dòng)變阻器（阻值0～10Ω)G．電源(電動(dòng)勢(shì)約為6V，內(nèi)阻不計(jì))H．開關(guān)S,導(dǎo)線若干(2）在本實(shí)驗(yàn)中,滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用________(填“分壓”或“限流”)接法,電流表應(yīng)采用________（填“內(nèi)”或“外”）接法．(3）在圖3方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖,并用實(shí)線代替導(dǎo)線，將圖4中的器材連接成可供實(shí)驗(yàn)的電路．圖3圖4答案(1)ADFGH(2)分壓外(3）見解析圖解析(1）燈泡額定電流為0.5A,電流表選擇A；燈泡額定電壓為3V，電壓表選擇D;為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇F;實(shí)驗(yàn)還需要電源、開關(guān)與導(dǎo)線,故需要的實(shí)驗(yàn)器材為：ADFGH；（2）描繪小燈泡伏安特性曲線要求電壓與電流從零開始變化,滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法;由于燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用外接法；（3）滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,電流表采用外接法，電路圖如圖甲所示：根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖乙所示：二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理例2如圖5甲所示為“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線"實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3V。圖5(1)在圖乙方框圖中畫出與實(shí)物電路相對(duì)應(yīng)的電路圖．（2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟:①閉合開關(guān)前,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，滑片應(yīng)停留在滑動(dòng)變阻器的最________（選填“左”或“右”)端;②閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓,記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓；③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線.編號(hào)12345678U/V0.200。601。001。401。802.202.603.00I/A0.0200.0600。1000。1400。1700.1900。2000。205小燈泡發(fā)光情況不亮微亮逐漸變亮正常發(fā)光（3)數(shù)據(jù)分析:①?gòu)膱D線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí),燈絲電阻的變化情況是__________________________________________________________________________________________________．②圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而________．③小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為________．（保留到小數(shù)點(diǎn)后一位)答案(1)見解析圖（2)①左③見解析圖(3）①先不變,后逐漸增大②增大③14。6Ω解析(1）與實(shí)物電路相對(duì)應(yīng)的電路圖如圖甲所示．（2）①為保護(hù)電路安全，開關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于最左端．③根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的I－U圖線如圖乙所示．（3）①?gòu)膱D線上可以得知,當(dāng)電壓逐漸增大時(shí),燈絲電阻的變化情況是先不變,后逐漸增大．②圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大．③根據(jù)I－U圖線可得電壓U＝3V時(shí),I＝0.205A，所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為R＝eq\f（3,0.205)Ω≈14.6Ω。1．分別讀出下表中的電壓表和電流表的示數(shù)，并填在表格中。電表所選量程測(cè)量值0～15V0~3V0～3A0～0.6A答案11.0V2。20V0。80A0.16A解析0～15V的最小分度為0.5V，讀數(shù)為11。0V；0～3V的最小分度為0。1V,讀數(shù)為2.20V；0~3A的最小分度為0.1A，讀數(shù)為0.80A;0～0.6A的最小分度為0.02A，讀數(shù)為0.16A。2．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線"的實(shí)驗(yàn)中，可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材如下：小燈泡L（“3.8V0.3A”)電壓表V（量程0~5V，內(nèi)阻約5kΩ)電流表A1（量程0～100mA,內(nèi)阻約4Ω)電流表A2(量程0～500mA,內(nèi)阻約0.4Ω)滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值10Ω，額定電流1.0A)滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值500Ω，額定電流0.5A）直流電源（電動(dòng)勢(shì)約為6V，內(nèi)阻不計(jì)）開關(guān)S，導(dǎo)線若干(1）在上述器材中,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________________；電流表應(yīng)選______________．

（2）在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)的電路圖，并在圖中注明各元件的符號(hào)．答案（1)R1A2（2)見解析圖解析（1)本題滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,為了便于調(diào)節(jié),應(yīng)當(dāng)選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R1。電流表A1的量程太小,故電流表應(yīng)選A2。(2）電路圖如圖所示，因?yàn)闊襞莸碾娮璞容^小，電流表用外接法．3．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室備有下列器材供選擇：A．待測(cè)小燈泡“3V,0。6A”B．電流表A1（量程3A，內(nèi)阻約為1Ω)C．電流表A2(量程0.6A,內(nèi)阻約為5Ω）D．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約為10kΩ）E．電壓表V2（量程15V,內(nèi)阻約為50kΩ)F．滑動(dòng)變阻器(最大阻值為100Ω,額定電流50mA）G．滑動(dòng)變阻器(最大阻值為10Ω，額定電流1A)H．電源（電動(dòng)勢(shì)為4V,內(nèi)阻不計(jì))I．開關(guān)及導(dǎo)線等（1)電流表應(yīng)選用__________；電壓表應(yīng)選__________;滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(填器材前面的字母)(2）在圖6甲實(shí)物圖中,有部分線已連好，要求小燈泡的電壓從零開始測(cè)量，請(qǐng)連成符合要求的完整的電路圖．

（3)開關(guān)閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________(選填“A端”“B端”或“AB中間")圖6(4）某同學(xué)實(shí)驗(yàn)后作出的I－U圖像如圖乙所示，則當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.4V時(shí),燈泡的實(shí)際電阻是______Ω（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．答案(1）CDG（2)見解析圖（3）A端(4)4.4解析(2）要求小燈泡的電壓從零開始變化,滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法;電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，完整電路圖如圖所示．(3）由題圖甲可知，測(cè)量電路與滑動(dòng)變阻器左側(cè)并聯(lián),故為了保證電路的安全，開關(guān)閉合之前，滑片位置應(yīng)滑到A端；(4）由題圖乙可知，當(dāng)電壓為2.4V時(shí)，電流I＝0。55A，由R＝eq\f（U，I)得:R＝eq\f(2。4,0.55）Ω≈4.4Ω.

1。（多選）用伏安法測(cè)未知電阻Rx時(shí),若不知Rx的大約數(shù)值,為了選擇正確的電流表接法以減小誤差,可將儀器按圖1所示接好，只空出一個(gè)電壓表的一個(gè)接頭K，然后將K分別與a、b接觸一下,觀察電壓表和電流表示數(shù)變化情況,則()圖1A．若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aB．若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接bC．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aD．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接b答案BC解析若K從a移到b時(shí)，電流表讀數(shù)有顯著變化,說明電壓表的分流作用明顯，K應(yīng)接在b處,故A錯(cuò)誤,B正確；若K從a移到b時(shí)，電壓表讀數(shù)有顯著變化，說明電流表的分壓作用明顯，K應(yīng)接在a處，故C正確，D錯(cuò)誤．2．要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3V0.6W”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3V,并便于操作．已選用的器材有：電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5V)；電流表(量程為0～250mA，內(nèi)阻約5Ω）；電壓表(量程為0～3V，內(nèi)阻約3kΩ）；開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干．（1）實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的__________(填字母代號(hào)）．A．滑動(dòng)變阻器(最大阻值20Ω，額定電流1A)B．滑動(dòng)變阻器（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）

（2）實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列圖中的________(填字母代號(hào)）．答案(1)A（2）B解析(1）根據(jù)“燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3V，并便于操作"可知控制電路必定為“分壓電路"，而“分壓電路”需要用總阻值較小的滑動(dòng)變阻器,故選A。（2)在（1)中已經(jīng)明確了控制電路,然后要選擇電流表的接法,題中eq\f(Rx，RA）＝eq\f（15,5)＝3，而eq\f（RV,Rx）＝eq\f(3000，15)＝200，可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯，故而應(yīng)選擇電流表的外接法，綜上可知電路圖應(yīng)選用圖B.3．圖2是小組同學(xué)在做“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線"實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖．圖2圖3(1)根據(jù)圖2在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖3中的①、②、③、④所示，電流表量程為0。6A,電壓表量程為3V．讀數(shù)為：①________、②________、③________、④__________。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為________和________．答案見解析解析(1)由實(shí)物連接圖可知電路圖如圖所示．（2)電流表量程為0.6A時(shí)，最小刻度為0。02A，讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)后兩位，所以①表示數(shù)為0.10A，②表示數(shù)為0。24A；電壓表量程為3V時(shí)，最小刻度為0。1V，應(yīng)估讀到0。01V，所以③表示數(shù)為2。00V，④表示數(shù)為0。28V．燈泡兩端電壓小，電流就小，故①④為同一組數(shù)據(jù)，②③為另一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律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.4．一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V0。5A”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I－U圖線．現(xiàn)有下列器材供選擇:A．電壓表（0~5V,內(nèi)阻約10kΩ)B．電壓表（0～15V，內(nèi)阻約20kΩ）C．電流表(0~3A，內(nèi)阻約1Ω)D．電流表（0～0。6A，內(nèi)阻約0.4Ω）E．滑動(dòng)變阻器（10Ω,2A)F．滑動(dòng)變阻器(500Ω,1A）G．電源(直流6V）、開關(guān)、導(dǎo)線若干圖4(1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖4中________（填“甲”或“乙"）電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)說明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選______，電流表應(yīng)選______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________．（用字母序號(hào)表示）（3）把圖5所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖．圖5答案(1）甲描繪燈泡的I－U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)（2)ADE(3)如圖所示5．在做“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線"實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有：電動(dòng)勢(shì)為6V的電源,額定電壓為2。5V的小燈泡，以及符合實(shí)驗(yàn)要求的滑動(dòng)變阻器、電表、開關(guān)和導(dǎo)線．要求能測(cè)出盡可能多組數(shù)據(jù),如圖6所示是沒有連接完的實(shí)物電路．(已連接好的導(dǎo)線有a、b、c、d、e、f六根)圖6（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物電路連接完整；（2)連好電路，閉合開關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，則故障的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3）排除故障后閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某處,電壓表的示數(shù)為2。2V，若要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向__________端滑動(dòng)（選填“左”或“右"）；(4)圖線是曲線而不是過原點(diǎn)的直線，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

答案(1)連線如圖（2)c段導(dǎo)線斷路或燈泡燈絲斷了（3)右（4)燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大解析(1）測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線要求滑動(dòng)變阻器使用分壓式接法，這樣能使小燈泡兩端的電壓從零開始逐漸增大，小燈泡電阻與電流表內(nèi)阻往往相差不大，而且由于實(shí)物圖中已經(jīng)將電壓表負(fù)極與電流表正極和燈泡的左端連接好，只能將電壓表與燈泡直接并聯(lián)，采用電流表的外接法,這樣誤差較?。?）由于整個(gè)電路分成兩條支路，電壓表這條支路無故障，而燈泡這個(gè)支路出故障，只能是燈泡的燈絲斷了或c段導(dǎo)線斷路所致，導(dǎo)致電壓表直接接入干路，電阻過大,滑動(dòng)變阻器無法控制電流，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)．(3)小燈泡的額定電壓為2.5V，要增大電壓必須調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讓滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分的電壓增大,所以P要向右滑動(dòng)．(4）從伏安特性曲線可以看出,電壓升高時(shí)，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值增大，故曲線說明了燈絲的電阻隨著溫度升高而增大．6．要測(cè)繪額定電壓為2V的常用小燈泡的伏安特性曲線,所供選擇的器材除了導(dǎo)線和開關(guān)外,還有以下一些器材可