人教版选修31 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线 学案 (1).docx

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线知识内容测绘小灯泡的伏安特性曲线考试要求必考课时要求1.理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法，能进行正确地应用.3.学会测绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.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uvuruaur电流表示数iairr测r真电压表示数uvur电流表示数iairivirr测r真误差 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)直接比较法：当rxra时，采用内接法，当rxrv时，采用外接法，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：当即当rx时，用电流表外接法，当rx时，两种接法效果相同(3)试触法：图1如图1，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，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化，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用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法调压范围 e(不计电源内阻)0 e(不计电源内阻)适用情况负载电阻的阻值rx与滑动变阻器的总电阻r相差不多，或r稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值rx远大于滑动变阻器的总电阻r三、电表的读数方法对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)0 3 v的电压表和0 3 a的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 v和0.1 a，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(2)对于0 15 v量程的电压表，精确度是0.5 v，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 v.(3)对于0 0.6 a量程的电流表，精确度是0.02 a，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 a.举例：如图2为电流表和电压表的刻度盘图2甲图中，电流表使用0.6 a量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 a，表针示数为0.44 a；当使用3 a量程时，每一小格为0.1 a，表针示数为2.20 a.乙图中，电压表使用3 v量程时，每小格为0.1 v，表针示数为1.70 v；使用15 v量程时，每小格为0.5 v，表针示数为8.5 v.四、测绘小灯泡的伏安特性曲线1实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3所示图32实验器材学生电源(4 6 v直流)或电池组、小灯泡(“4 v0.7 a”或“3.8 v0.3 a”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸3实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按实验原理图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)(2)闭合开关s，调节滑动变阻器，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实验结果与数据分析(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化而变化曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大6注意事项(1)因iu图线是曲线，本实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用分压式接法(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法(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，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去一、电流表内接法与外接法的比较例1如图4所示，某同学用伏安法测电阻，分别采用了甲、乙两种电路测量，关于误差分析正确的是()图4a若选择甲图，测量值偏大b若选择乙图，测量值偏大c若被测电阻rx与电流表内阻接近，选择乙图误差较小d若被测电阻rx与电压表内阻接近，选择甲图误差较小答案b解析甲图所示电路是电流表外接法，用它测量电阻时，测量值是待测电阻rx和电压表内阻的并联电阻值，故测得的电阻值偏小，故a错误；乙图所示电路是电流表内接法，用它测量电阻时，测量值r测rxrarx，b正确；电流表内阻很小，被测电阻rx与电流表内阻接近，则所测电阻较小，因此选择甲图误差较小，故c错误；电压表内阻较大，被测电阻rx与电压表内阻接近，选择乙图误差较小故d错误二、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择例2在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，选择“3 v0.5 a”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：(1)下列实验器材中应选择_(填入器材序号)a电流表(量程0 0.6 a, 内阻约1 )b电流表(量程0 3 a，内阻约1 )c电压表(量程0 15 v，内阻约10 )d电压表(量程0 3 v，内阻约2 )e滑动变阻器(阻值0 100 )f滑动变阻器(阻值0 10 )g电源e6 vh开关s，导线若干(2)在本实验中，滑动变阻器应采用_(填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用_(填“内”或“外”)接法(3)在实线方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图5中的器材连接成可供实验的电路图5答案(1)adfgh(2)分压外(3)见解析图解析(1)灯泡额定电流为0.5 a，电流表选择a；灯泡额定电压为3 v，电压表选择d；为方便实验操作，滑动变阻器应选择f；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：adfgh；(2)“测绘小灯泡的伏安特性曲线”要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；(3)实验电路图如图甲所示：根据电路图连接实物电路，实物电路如图乙所示：连接实物电路时，一般先把电路图画出来，按照电流总是从电源正极出发通过用电器最后回到电源负极的顺序连接或按逆序连接；连接实物图时要注意导线不能交叉，导线的端点要接在各元件的接线柱上.另外要注意电表的正、负接线柱以及量程等.三、实验数据处理例3图6甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路，已知小灯泡的额定电压为3 v.图6(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图(2)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最_(选填“左”或“右”)端；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；记录如下8组u和i的数据，断开开关根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.编号12345678u/v0.200.601.001.401.802.202.603.00i/a0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小灯泡发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光(3)数据分析：从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_图线表明导体的电阻随温度的升高而_小灯泡正常工作时的电阻约为_(保留到小数点后一位)答案(1)见解析图(2)左见解析图(3)先不变，后逐渐增大增大14.6 解析(1)与实物电路相对应的电路图如图所示(2)为保护电路安全，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端根据表格中的数据，画出小灯泡的iu图线如图所示(3)从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大图线表明导体的电阻随温度的升高而增大电压u3 v时，i0.205 a，所以小灯泡正常工作时的电阻约为r 14.6 .1坐标系标度要合理选取，尽量使描出的图象占据坐标纸的大部分2小灯泡电压、电流变大时，电阻变大，伏安特性曲线是曲线连线要用平滑的曲线，不能连成折线1分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.电表所选量程测量值0 15 v0 3 v0 3 a0 0.6 a答案11.0 v2.20 v0.80 a0.16 a解析0 15 v的最小分度为0.5 v，读数为11.0 v；0 3 v的最小分度为0.1 v，读数为2.20 v；0 3 a的最小分度为0.1 a，读数为0.80 a；0 0.6 a的最小分度为0.02 a，读数为0.16 a.2在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验器材如下：小灯泡l(“3.8 v0.3 a”)电压表v(量程0 5 v，内阻约5 )电流表a1(量程0 100 ma，内阻约4 )电流表a2(量程0 500 ma，内阻约0.4 )滑动变阻器r1(最大阻值10 ，额定电流1.0 a)滑动变阻器r2(最大阻值500 ，额定电流0.5 a)直流电源e(电动势约为6 v，内阻不计)开关s，导线若干(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号答案(1)r1a2(2)电路图见解析图解析(1)本题滑动变阻器采用分压式接法，为了便于调节，应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器应选r1.电流表a1的量程太小，故电流表应选a2.(2)电路图如图所示， 因为灯泡的电阻比较小，电流表用外接法3(2018温州市“十五校联合体”高二上期中)在学校实验室中测绘一只“2.5 v,0.5 w”小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列实验器材：图7a电压表v(量程 0 3 15 v，内阻很大)b电流表a(量程 0 0.6 a 3 a，内阻约为 1 )c变阻器 r1(0 10 ，0.6 a)d变阻器r2(0 2 000 ，0.1 a)e电池组e(电动势为3 v，内阻约为 0.3 )f开关s，导线若干(1)实验中应选用的滑动变阻器为_；(填写序号)(2)在实验时小杰同学采用了如图7甲所示的实物电路，并且准备合上开关开始测量则具体实验操作前该电路存在错误或需改进的地方有 _；_.(请写出两处)(3)在改正电路需改进之处后，小杰同学进行了实验，电流表示数比小灯泡中实际通过的电流_；(填“偏大” “偏小”或“相等”)(4)图乙是改进后的实验中得到的iu图象，若iu图象中的虚线或表示小灯泡真实的伏安特性曲线， 与实验中得到的实线相比，虚线_(填“”或“”)才是其真实的伏安特性曲线答案(1)c(2)电流表应外接电流表量程太大滑线变阻器滑片应置于左侧(任选两处)(3)偏大(4)4在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小灯泡l、量程适当的电流表a和电压表v、直流电源e、滑动变阻器r、开关s等，要求小灯泡两端电压从0开始变化(1)实验中滑动变阻器应采用_式接法(填“分压”或“限流”)(2)某同学已连接如图8所示的电路，在连