高中物理 实验2 描绘小灯泡的伏安特性曲线学案 鲁科版选修3-1.doc

实验二 描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线，分析曲线的变化规律。二、实验原理(1)金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大，因此小灯泡的伏安特性曲线不是一条直线。测出若干组小灯泡两端的电压u和电流i值，然后在坐标纸上以i为纵轴、u为横轴画出iu曲线。 (2)实验电路如图实21所示，小灯泡的电阻很小，故电流表采用外接；应使电压能从0开始连续变化，故滑动变阻器采用分压接法。三、实验器材 图实21小灯泡、46 v学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸。四、实验过程1实验步骤(1)连电路：按图实21连接电路，且使滑动变阻器的触头p滑动至a端。(2)测数据：闭合开关，逐渐使p向b端移动，记录不同状态时的电压表、电流表示数，取12组，而后拆除电路。2数据处理(1)列表格：将记录的12组u、i值记录在表格中实验次数123456ui实验次数789101112ui(2)描曲线：在如图实22所示坐标纸上以电流i为纵轴、电压u为横轴建立直角坐标系，描点绘出iu曲线。图实22(3)析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不为直线的原因。五、误差分析(1)测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的i值比真实值偏大；(2)测量时读数不准，描绘iu图线时作图不准确造成的偶然误差。六、注意事项(1)因本实验要作出iu图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法。(2)本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表的外接法。(3)开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值(如0.5 v)时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。(4)开关闭合前，变阻器滑片移到使小灯泡分得电压为零处；(5)在坐标纸上建立坐标系，横纵坐标所取的分度比例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。实验原理及器材的选取例1有一灯泡上标有“6 v0.1 a”字样，现要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：a电压表(05 v，内阻2.0 k)b电压表(010 v，内阻 3.0 k)c电流表(00.3 a，内阻2.0 )d电流表(06 a，内阻1.5 )e滑动变阻器(30 ，2 a)f滑动变阻器(100 ， 0.5 a)g学生电源(直流9 v)及开关、导线等(1)实验中所用的电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选 _。(2)画出实验电路图，要求电压从0 v开始测量。解析(1)电压表的量程应大于小灯泡的额定电压6 v，故电压表选b。小灯泡的额定电流0.1 a，故电流表选c。由题目要求可知变阻器用分压式，故选电阻较小的e。(2)小灯泡的电阻r60 ，故电流表应用外接法，变阻器接成分压式，电路如图所示。答案(1)bce(2)如图所示实验数据的处理例2某同学在研究标有“3 v0.3 a”字样的小灯泡的伏安特性曲线的实验中得到一组u和i的数据：编号12345678u/v0.200.601.001.401.802.202.603.00i/a0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在方框内画出实验电路图。(2)在图中的方格纸内画出iu图线。图实23(3)根据iu图线分析小灯泡的电阻随温度升高而_。(4)小灯泡工作电压为3 v时，测得实际电功率为_ w。解析(1)描绘元件的伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压接法，由实验数据知小灯泡的电阻为10 左右，故电流表应外接。实验电路如图所示。(2)描点连线之后iu图线如图所示。(3)由所绘图象知，曲线的斜率减小，故电阻增大，电阻率增大；(4)u3.00 v时i0.205 a，故功率为0.615 w或0.62 w。答案(1)见“解析”(2)见“解析”(3)增大(4)0.615(或0.62)1为探究小灯泡l的伏安特性，连好图实24的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的ui图象是图实25中的() 图实24图实25解析：灯丝电阻随电压的增大而增大，在图像上某点到原点连线的斜率应越来越大。c正确。答案：c2在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，可以同时测定小灯泡的功率和电阻。(1)测得的小灯泡的功率与实际的功率相比较，测量功率()a总偏大b总偏小c无误差 d都有可能(2)小灯泡的电阻的测量值与实际值相比较()a偏大 b偏小c有时偏大，有时偏小 d都有可能解析：此实验电路为电流表外接，根据pui，电流i测i真，所以p测p真。电流表外接时，u测u真，i测i真，故r测r真。答案：(1)a(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位置，每移动一次记下一组(i，u)值，共测出12组左右的数据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，如图实26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图实26(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起来：_。解析：(1)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起来。(2)正确操作步骤顺序为bcad。答案：(1)见“解析”(2)bcad4用下列器材组装成描绘电阻r0伏安特性曲线的电路，请将图实27中实物图连线成为实验电路。图实27微安表a(量程200 a，内阻约200 )；电压表v(量程3 v，内阻约10 k)；电阻r0(阻值约20 k)；滑动变阻器r(最大阻值50 ，额定电流1 a)；电池组e(电动势3 v，内阻不计)；开关s及导线若干。解析：因为要描绘电阻的伏安特性曲线，电压必须从零开始连续调节，所以用分压电路。电阻较大，用电流表内接法误差较小，电路如图所示。答案：见“解析”5某同学用如图28甲所示电路，测绘标有“3.8 v0.3 a”的小灯泡的灯丝电阻r随电压u变化的图像。(1)除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：a1(量程100 ma，内阻2 )、a2(量程0.6 a，内阻约0.3 )；电压表：v1(量程5 v，内阻约5 k)、v2(量程15 v，内阻约15 k)；滑动变阻器：r1(阻值范围0100 )、r2(阻值范围02 k)；电源：e1(电压为1.5 v)、e2(电压为4 v)。为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表_，滑动变阻器_，电源_。(填器材的符号)图实28(2)根据实验数据，计算并描绘出ru的图像如图乙所示。由图像可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_；当所加电压为3.00 v时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为_w。(3)根据ru图象，可确定小灯泡耗电功率p与外加电压u的关系。符合该关系的示意图是图实29中的_。图实29解析：(1)由于灯泡的额定电压为3.8 v，额定电流为0.3 a，电流表应选择a2；电压表应选择v1。电源应选择e2。由于电路为分压电路，为便于调节，滑动变阻器应选用阻值较小的