2018-2019版學案導學高中物理選修3-1教科版配套文檔：第二章 直流電路學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線[學習目標]1.理解電流表的內接法和外接法，并會進行正確選擇.2。理解滑動變阻器的兩種接法，能進行正確地應用.3。學會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，按照指針的實際位置進行讀數(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,看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位．（2）對于0～15V量程的電壓表，精確度是0。5V,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到0。1V。（3)對于0～0。6A量程的電流表，精確度是0。02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“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,刻度盤上的每一小格為0.02A，表針示數(shù)為0。44A；當使用3A量程時，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,每小格為0。1V,表針示數(shù)為1。70V；使用15V量程時,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．實驗原理用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓,測出多組（U，I）值，在I－U坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖2所示．圖22．實驗器材學生電源(4～6V直流）或電池組、小燈泡（“4V0。7A”或“3。8V0。3A”）、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、鉛筆、坐標紙．3．實驗步驟(1）根據(jù)小燈泡上所標的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按實驗電路圖連接好實物圖．(注意開關應斷開,滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零）(2）閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器，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，整理好器材．4．數(shù)據(jù)處理(1)在坐標紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標系．(2）在坐標紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應的點．（3)將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線．5．實驗結果與數(shù)據(jù)分析（1）結果：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，即曲線上的點與原點的連線的斜率變小，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(1）因I－U圖線是曲線，本實驗要測出多組包括零在內的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應采用分壓式接法．（2）由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法．（3)畫I－U圖線時縱軸、橫軸的標度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜,不要畫成折線,應該用平滑的曲線連接，對個別偏離較遠的點應舍去．一、實驗原理的理解和實驗電路、實驗器材的選擇例1在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，選擇“3V0.5A"的小燈泡作為研究對象，請回答下面幾個問題：（1)下列實驗器材中應選擇________(填入器材序號)A．電流表（量程0～0.6A,內阻約1Ω）B．電流表（量程0～3A,內阻約1Ω)C．電壓表（量程0~15V,內阻約10kΩ）D．電壓表(量程0~3V，內阻約2kΩ)E．滑動變阻器(阻值0～100Ω)F．滑動變阻器（阻值0～10Ω)G．電源(電動勢約為6V，內阻不計)H．開關S,導線若干(2）在本實驗中,滑動變阻器應采用________(填“分壓”或“限流”)接法,電流表應采用________（填“內”或“外”）接法．(3）在圖3方框中畫出實驗電路圖,并用實線代替導線，將圖4中的器材連接成可供實驗的電路．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;為方便實驗操作，滑動變阻器應選擇F;實驗還需要電源、開關與導線,故需要的實驗器材為：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,滑動變阻器應采用分壓式接法;由于燈泡電阻遠小于電壓表內阻，電流表應采用外接法；（3）滑動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)電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖乙所示：二、實驗數(shù)據(jù)處理例2如圖5甲所示為“測繪小燈泡的伏安特性曲線"實驗的實物電路圖，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物電路相對應的電路圖．（2)完成下列實驗步驟:①閉合開關前,調節(jié)滑動變阻器的滑片，滑片應停留在滑動變阻器的最________（選填“左”或“右”)端;②閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，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)，直至電壓達到額定電壓；③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關．根據(jù)實驗數(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從圖線上可以得知，當電壓逐漸增大時,燈絲電阻的變化情況是__________________________________________________________________________________________________．②圖線表明導體的電阻隨溫度的升高而________．③小燈泡正常工作時的電阻約為________．（保留到小數(shù)點后一位)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）與實物電路相對應的電路圖如圖甲所示．（2）①為保護電路安全，開關閉合之前，題圖甲中滑動變阻器的滑片應該置于最左端．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從圖線上可以得知,當電壓逐漸增大時,燈絲電阻的變化情況是先不變,后逐漸增大．②圖線表明導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,I＝0.205A，所以小燈泡正常工作時的電阻約為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"的實驗中，可供選擇的實驗器材如下：小燈泡L（“3.8V0.3A”)電壓表V（量程0~5V，內阻約5kΩ)電流表A1（量程0～100mA,內阻約4Ω)電流表A2(量程0～500mA,內阻約0.4Ω)滑動變阻器R1（最大阻值10Ω，額定電流1.0A)滑動變阻器R2(最大阻值500Ω，額定電流0.5A）直流電源（電動勢約為6V，內阻不計）開關S，導線若干(1）在上述器材中,滑動變阻器應選________________；電流表應選______________．

（2）在虛線框內畫出實驗的電路圖，并在圖中注明各元件的符號．答案（1)R1A2（2)見解析圖解析（1)本題滑動變阻器采用分壓式接法,為了便于調節(jié),應當選用最大阻值較小的滑動變阻器，故滑動變阻器應選R1。電流表A1的量程太小,故電流表應選A2。(2）電路圖如圖所示，因為燈泡的電阻比較小，電流表用外接法．3．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，實驗室備有下列器材供選擇：A．待測小燈泡“3V,0。6A”B．電流表A1（量程3A，內阻約為1Ω)C．電流表A2(量程0.6A,內阻約為5Ω）D．電壓表V1(量程3V，內阻約為10kΩ）E．電壓表V2（量程15V,內阻約為50kΩ)F．滑動變阻器(最大阻值為100Ω,額定電流50mA）G．滑動變阻器(最大阻值為10Ω，額定電流1A)H．電源（電動勢為4V,內阻不計)I．開關及導線等（1)電流表應選用__________；電壓表應選__________;滑動變阻器應選用________．(填器材前面的字母)(2）在圖6甲實物圖中,有部分線已連好，要求小燈泡的電壓從零開始測量，請連成符合要求的完整的電路圖．

（3)開關閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應該置于________(選填“A端”“B端”或“AB中間")圖6(4）某同學實驗后作出的I－U圖像如圖乙所示，則當燈泡兩端的電壓為2.4V時,燈泡的實際電阻是______Ω（結果保留兩位有效數(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,滑動變阻器應采用分壓式接法;電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應采用外接法，完整電路圖如圖所示．(3）由題圖甲可知，測量電路與滑動變阻器左側并聯(lián),故為了保證電路的安全，開關閉合之前，滑片位置應滑到A端；(4）由題圖乙可知，當電壓為2.4V時，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）用伏安法測未知電阻Rx時,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，只空出一個電壓表的一個接頭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應接aB．若電流表示數(shù)有顯著變化，K應接bC．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應接aD．若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應接b答案BC解析若K從a移到b時，電流表讀數(shù)有顯著變化,說明電壓表的分流作用明顯，K應接在b處,故A錯誤,B正確；若K從a移到b時，電壓表讀數(shù)有顯著變化，說明電流表的分壓作用明顯，K應接在a處，故C正確，D錯誤．2．要測繪一個標有“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(電動勢為4.5V)；電流表(量程為0～250mA，內阻約5Ω）；電壓表(量程為0～3V，內阻約3kΩ）；開關一個、導線若干．（1）實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的__________(填字母代號）．A．滑動變阻器(最大阻值20Ω，額定電流1A)B．滑動變阻器（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）

（2）實驗的電路圖應選用下列圖中的________(填字母代號）．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變阻器,故選A。（2)在（1)中已經明確了控制電路,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，故而應選擇電流表的外接法，綜上可知電路圖應選用圖B.3．圖2是小組同學在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線"實驗的實物連接圖．圖2圖3(1)根據(jù)圖2在虛線框中畫出實驗電路圖；(2)調節(jié)滑動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)由實物連接圖可知電路圖如圖所示．（2)電流表量程為0.6A時，最小刻度為0。02A，讀數(shù)讀到小數(shù)點后兩位，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，最小刻度為0。1V，應估讀到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.4．一個小燈泡上標有“4V0。5A”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的I－U圖線．現(xiàn)有下列器材供選擇:A．電壓表（0~5V,內阻約10kΩ)B．電壓表（0～15V，內阻約20kΩ）C．電流表(0~3A，內阻約1Ω)D．電流表（0～0。6A，內阻約0.4Ω）E．滑動變阻器（10Ω,2A)F．滑動變阻器(500Ω,1A）G．電源(直流6V）、開關、導線若干圖4(1）實驗時，選用圖4中________（填“甲”或“乙"）電路圖來完成實驗，請說明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2)實驗中所用電壓表應選______，電流表應選______，滑動變阻器應選________．（用字母序號表示）（3）把圖5所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖．圖5答案(1）甲描繪燈泡的I－U圖線所測數(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“測繪小燈泡的伏安特性曲線"實驗時，所用器材有：電動勢為6V的電源,額定電壓為2。5V的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電表、開關和導線．要求能測出盡可能多組數(shù)據(jù),如圖6所示是沒有連接完的實物電路．(已連接好的導線有a、b、c、d、e、f六根)圖6（1）請你用筆畫線代替導線，將實物電路連接完整；（2)連好電路，閉合開關，移動變阻器滑片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，則故障的原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(3）排除故障后閉合開關，移動滑片P到某處,電壓表的示數(shù)為2。2V，若要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向__________端滑動（選填“左”或“右"）；(4)圖線是曲線而不是過原點的直線，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

答案(1)連線如圖（2)c段導線斷路或燈泡燈絲斷了（3)右（4)燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大解析(1）測繪小燈泡的伏安特性曲線要求滑動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阻往往相差不大，而且由于實物圖中已經將電壓表負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?。?）由于整個電路分成兩條支路，電壓表這條支路無故障，而燈泡這個支路出故障，只能是燈泡的燈絲斷了或c段導線斷路所致，導致電壓表直接接入干路，電阻過大,滑動變阻器無法控制電流，電流表幾乎不偏轉．(3)小燈泡的額定電壓為2.5V，要增大電壓必須調節(jié)滑動變阻器，讓滑動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．(4）從伏安特性曲線可以看出,電壓升高時，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線和開關外,還有以下一些器材可