2024-2025學(xué)年高中物理第2章電路實(shí)驗(yàn)1測繪小燈泡的伏安特性曲線教案粵教版選修3-1

PAGE11-試驗(yàn)1測繪小燈泡的伏安特性曲線[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]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.[物理觀念]理解滑動(dòng)變阻器的兩種接法，能進(jìn)行正確地應(yīng)用．3.[科學(xué)探究]學(xué)會(huì)描繪小燈泡的伏安特性曲線并駕馭分析圖線的方法．一、電流表的內(nèi)接法和外接法的比較1．兩種接法的比較內(nèi)接法外接法電路誤差分析電壓表示數(shù)UV＝UR＋UA>UR電流表示數(shù)IA＝IRR測＝eq\f(UV,IA)>eq\f(UR,IR)＝R真電壓表示數(shù)UV＝UR電流表示數(shù)IA＝IR＋I(xiàn)V>IRR測＝eq\f(UV,IA)<eq\f(UR,IR)＝R真誤差來源電流表的分壓作用電壓表的分流作用2.電流表內(nèi)、外接的選擇方法(1)干脆比較法：當(dāng)Rx?RA時(shí)，采納內(nèi)接法，當(dāng)Rx?RV時(shí)，采納外接法，即大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法，可記憶為“大內(nèi)小外”．(2)公式計(jì)算法當(dāng)Rx>eq\r(RARV)時(shí)，電流表用內(nèi)接法，當(dāng)Rx<eq\r(RARV)時(shí)，電流表用外接法，當(dāng)Rx＝eq\r(RARV)時(shí)，兩種接法效果相同．(3)試觸法：如圖，把電壓表的可動(dòng)接線端分別試接b、c兩點(diǎn)，視察兩電表的示數(shù)變更，若電流表的示數(shù)變更明顯，說明電壓表的分流作用對電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變更，說明電流表的分壓作用對電路影響大，所以應(yīng)選外接法．二、滑動(dòng)變阻器兩種接法的比較限流式分壓式電路組成變阻器接入電路的特點(diǎn)采納“一上一下”的接法采納“兩下一上”的接法調(diào)壓范圍eq\f(ERx,R＋Rx)～E(不計(jì)電源內(nèi)阻)0～E(不計(jì)電源內(nèi)阻)適用狀況負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動(dòng)變阻器的總電阻R相差不大，或R稍大，且電壓、電流變更不要求從零調(diào)起(1)要求負(fù)載上電壓或電流變更范圍較大，且從零起先連續(xù)可調(diào)(2)負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R三、測繪小燈泡的伏安特性曲線1．試驗(yàn)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(biāo)系中描出各對應(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，電路圖如圖所示．2．試驗(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．試驗(yàn)步驟(1)依據(jù)小燈泡上所標(biāo)的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按圖所示的電路圖連接好實(shí)物圖．(留意開關(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)整滑動(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．試驗(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更而變更．曲線向橫軸彎曲，即斜率變小，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度上升而增大．6．留意事項(xiàng)(1)因I-U圖線是曲線，本試驗(yàn)要測出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采納分壓式接法．(2)由于小燈泡的電阻較小，故采納電流表外接法．(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)當(dāng)用平滑的曲線連接，對個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去．【例1】在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗(yàn)中，除有一標(biāo)有“3V1.8W”的小燈泡、電源、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1Ω)、電壓表V(0～3V，內(nèi)阻約為4kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～10Ω，2A).試驗(yàn)要求保證器材的平安，燈泡兩端的電壓能從0連續(xù)調(diào)整，(1)為盡可能地減小誤差，試驗(yàn)中采納電流表________(選填“內(nèi)接”或“外接”)，采納正確的方式測出的電阻值________(選填“大于”“小于”或“等于”)電阻的真實(shí)值．(2)設(shè)計(jì)并畫出一個(gè)合理的電路圖．(3)某同學(xué)依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖時(shí)，并未連接完整，請用筆畫線代替導(dǎo)線完成實(shí)物圖的連接．(4)依據(jù)實(shí)物圖，開關(guān)S閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)當(dāng)置于________(選填“左端”“右端”或“中間”).[解析](1)燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(32,1.8)Ω＝5Ω，eq\f(4000Ω,5Ω)>eq\f(5Ω,0.1Ω)，故電流表采納外接法．采納外接法時(shí)，通過燈泡的實(shí)際電流小于電流表讀數(shù)，依據(jù)歐姆定律R＝eq\f(U,I)得，測出的電阻值小于電阻的真實(shí)值．(2)電壓與電流從零起先變更，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)采納分壓接法，電路圖如圖所示．(3)依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖：(4)閉合開關(guān)前，分壓電路分得的電壓應(yīng)為零，所以滑片應(yīng)置于右端．[答案](1)外接小于(2)見解析圖(3)見解析圖(4)右端【例2】在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗(yàn)中，要測量一個(gè)標(biāo)有“3V1.5W”的燈泡兩端的電壓和通過它的電流，現(xiàn)有如下器材：A．直流電源3V(內(nèi)阻可不計(jì))；B．直流電流表0～600mA(內(nèi)阻約0.5Ω)；C．直流電壓表0～3V(內(nèi)阻約3kΩ)；D．滑動(dòng)變阻器(10Ω，1AE．滑動(dòng)變阻器(1kΩ，300mA)；F．開關(guān)、導(dǎo)線若干．(1)本試驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選用________(選填“D”或“E”).(2)某同學(xué)用導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h連接的電路如圖甲所示，電路中全部元器件都是完好的，且電壓表和電流表已調(diào)零．閉合開關(guān)后發(fā)覺電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則可確定斷路的導(dǎo)線是__________；若電壓表示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線是________；若反復(fù)調(diào)整滑動(dòng)變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變更，但電壓表、電流表示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線是________．甲(3)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學(xué)在試驗(yàn)中測得的，依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出該燈泡的伏安特性曲線．U/VI/A000.50.171.00.301.50.392.00.452.50.49乙[解析](1)由題圖甲所示電路圖可知，滑動(dòng)變阻器采納分壓式接法，為便利試驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D.(2)依據(jù)電路中全部元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零，閉合開關(guān)后，發(fā)覺電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則斷路的導(dǎo)線為d；若電壓表的示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3A，小燈泡亮，則斷路的導(dǎo)線為h；若反復(fù)調(diào)整滑動(dòng)變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變更，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導(dǎo)線為g.(3)依據(jù)表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點(diǎn)，然后作出圖象．[答案](1)D(2)dhg(3)如圖所示儀器選擇和電路設(shè)計(jì)的原則(1)平安原則：所選電器元件在電路中不能被損壞，如電壓表或電流表在電路中時(shí)，各對應(yīng)物理量應(yīng)不超過它們的量程．(2)目的性原則：所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)能夠達(dá)到試驗(yàn)的目的．(3)精確性原則：選取儀器或器材時(shí)應(yīng)考慮減小系統(tǒng)誤差，如電壓表或電流表的指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)盡可能指在中間刻度旁邊．(4)便利操作原則：所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)簡單達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，且又簡捷、便利?．有一未知電阻Rx，為較精確地測出其阻值，先后用圖中甲、乙兩種電路進(jìn)行測試，利用甲圖測得的數(shù)據(jù)是“2.8V5.0mA”，而用乙圖測得的數(shù)據(jù)是“3.0V4.0mA”，那么該電阻測得的較為精確的狀況是()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)))，即電流表的變更大，電壓表的分流作用大，依據(jù)試觸法的原則，可知用電流表內(nèi)接法比較精確，用乙圖電路，此時(shí)電阻為R＝eq\f(U,I)＝eq\f(3.0,4.0×10－3)Ω＝750Ω.在電流表的內(nèi)接法中，測量值大于真實(shí)值，故選項(xiàng)D正確．]2．(多選)用伏安法測未知電阻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，視察電壓表和電流表示數(shù)變更狀況，則()A．若電流表示數(shù)有顯著變更，K應(yīng)接aB．若電流表示數(shù)有顯著變更，K應(yīng)接bC．若電壓表示數(shù)有顯著變更，K應(yīng)接aD．若電壓表示數(shù)有顯著變更，K應(yīng)接bBC[若電流表示數(shù)有顯著變更，說明電壓表分流明顯，電流表應(yīng)采納內(nèi)接法，K應(yīng)接在b處，故A錯(cuò)誤，B正確；若電壓表示數(shù)有顯著變更，說明電流表的分壓明顯，電流表應(yīng)采納外接法，K應(yīng)接在a處，故C正確，D錯(cuò)誤．]3.如圖是某同學(xué)經(jīng)過試驗(yàn)描繪的一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，分析該曲線，下列說法正確的是()A．小燈泡的伏安特性曲線的斜率隨著電壓的上升而增大B．小燈泡燈絲的電阻隨著電壓的上升而增大C．歐姆定律適用于小燈泡，所以小燈泡是個(gè)線性元件D．小燈泡燈絲的電阻隨著電壓的上升而減小B[由圖象可知小燈泡的伏安特性曲線的斜率隨著電壓的上升而減小，A錯(cuò)誤；小燈泡的電阻隨著電壓的上升而增大，B正確，D錯(cuò)誤；小燈泡的伏安特性曲線是曲線，不是過原點(diǎn)的直線，所以小燈泡不是線性元件，歐姆定律只對小燈泡的某一狀態(tài)適用，C錯(cuò)誤．]4．如圖所示是小組同學(xué)在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗(yàn)的實(shí)物連接圖．(1)依據(jù)實(shí)物圖在虛線框中畫出試驗(yàn)電路圖；eq\x(\a\al(,,,,))(2)調(diào)整滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖中的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___________．[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．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)，依據(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.[答案]見解析5．為描繪小燈泡的伏安特性曲線，試驗(yàn)室備有下列器材：A．小燈泡(額定電壓6V，額定電流600mA)B．電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω)C．電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω)D．電壓表(量程0～6V，內(nèi)阻約為10kΩ)E．滑動(dòng)變阻器R1(0～10Ω，2AF．滑動(dòng)變阻器R2(0～100Ω，1.5AG．直流電源E(約6V)H．開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)試驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(填器材前的字母代號(hào))(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲電路連接完整．(3)試驗(yàn)電路連接正確，閉合開關(guān)，從最左端向右端調(diào)整滑動(dòng)變阻器滑片，記錄電流表和電壓表相應(yīng)示數(shù)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，如圖乙所示，則電路發(fā)生的故障是________．[解析](1)由于小燈泡的額定電流為600mA＝0.6A，因此電流表選用；由于滑動(dòng)變阻器采納分壓接法，為了調(diào)整便利，應(yīng)選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，即選用R1.(3)閉合開關(guān)以后，調(diào)整滑動(dòng)變阻器的滑片從最左端向最右端移動(dòng)的過程中，由題圖乙的描點(diǎn)可以看出，電壓調(diào)整范圍小，且沒有從零起先變更，由此可以推斷電源負(fù)極與滑動(dòng)變阻器左下接線柱間的電路斷路．[答案](1)BE(2)如圖所示(3)電源負(fù)極和滑動(dòng)變阻器左下接線柱間的電路斷路6．有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V2W”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)有下列器材供選用：A．電壓表(0～5V，內(nèi)阻10kΩ)B．電壓表(0～15V，內(nèi)阻20kΩ)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻1Ω)D．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.4Ω)E．滑動(dòng)變阻器(10Ω，2AF．滑動(dòng)變阻器(500Ω，1AG．學(xué)生電源(直流6V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)試驗(yàn)時(shí)，選用圖甲而不選用圖乙的電路圖來完成試驗(yàn)，請說明理由：_______________________________________________.(2)試驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用________，電流表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(用序號(hào)字母表示)(3)把圖丙中所示的試驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖．[解析](1)因試驗(yàn)?zāi)康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線，須要多次變更小燈泡兩端的電壓，故采納甲圖所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零起先調(diào)整，且能便利地測多組數(shù)據(jù)．(2)因小燈泡額定電壓為4V，則電壓表選0～5V的電壓表A，而舍棄0～15V的電壓表B，因?yàn)?5V的量程太大，讀數(shù)誤差大．小燈泡的額定電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(2,4)A＝0.5A，則電流表選D.由于采納分壓式電路，且小燈泡電阻為R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(42,2)Ω＝8Ω，故滑動(dòng)變阻器選用E.(3)小燈泡電阻為電流表內(nèi)阻的eq\f(8,0.4)＝20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡電阻的eq\f(1×104,8)＝1250倍，故電流表采納外接法．[答案](1)描繪燈泡的I-U圖線所測數(shù)據(jù)需從零起先，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如圖所示7．圖甲為“測繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3V.(1)在圖乙方框圖中畫出與實(shí)物電路相對應(yīng)的電路圖．(2)完成下列試驗(yàn)步驟：①閉合開關(guān)前，調(diào)整滑動(dòng)變阻器的滑片