高中物理第3章恒定电流实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线教学案鲁科版选修3_1.doc

实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1会正确选择实验器材和实验电路。2学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法。二、实验原理图11实验电路小灯泡的电阻很小，电流表采用外接法；因电压要求从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法。2曲线形状以I为纵轴、U为横轴画出小灯泡的IU图线，由于金属的电阻率(电阻)随温度的升高而增大，其伏安特性曲线不是一条直线。3滑动变阻器的两种接法比较接法项目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EE(不计电源内阻)0E(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、实验器材小灯泡、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、实验步骤1连电路：按图1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。五、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789101112UI2.描曲线：在如图2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23析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不为直线的原因。六、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。七、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。例1有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线。现有下列器材供选用：A电压表(05 V，内阻为10 k)B电压表(015 V，内阻为20 k)C电流表(03 A，内阻为1 )D电流表(00.6 A，内阻为0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A)F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图3甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_。图3(2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示)(3)把图4中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。图4解析(1)因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用题图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据。(2)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选05 V的电压表A，而舍弃015 V的电压表B，因为15 V的量程太大，读数误差大。小灯泡的额定电流I0.5 A，则电流表选D。滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的电阻8 ，调节不方便，故舍去。(3)小灯泡电阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡的1 250倍，故电流表采用外接法。答案(1)描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示例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5中的方格纸内画出IU图线。图5(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)由所绘图像知，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。答案(1)(2)见解析(3)增大(4)0.6151.为探究小灯泡L的伏安特性，连好图6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图像是()图6解析：选C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。2在测量电珠伏安特性实验中，同学们连接的电路中有四个错误电路，如图7所示。电源内阻不计，导线连接良好，若将滑动变阻器的触头置于左端，闭合S，在向右端滑动触头过程中，会分别出现如下四种现象：图7a电珠L不亮；电流表示数几乎为零b电珠L亮度增加；电流表示数增大c电珠L开始不亮，后来忽然发光；电流表从示数不为零到线圈烧断d电珠L不亮；电流表从示数增大到线圈烧断与上述a b c d四种现象对应的电路序号为()ABC D解析：选A电珠不亮、电流表示数几乎为零，说明电珠和电流表与电压表具有串联关系，a对应图；电珠亮度增加，电流表示数增大，说明电珠与电流表具有串联关系，b对应图；电流表线圈烧断，说明最后电流表短路，但是电珠L不亮，可知，d对应图，故选项A正确。3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。结合(2)的分析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；实验数据包括电压在零附近的数值，故变阻器只能接成分压式，电路如图所示。答案：(1)BCE(2)见解析图4以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：图8A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8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(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A、C、D。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，即滑动变阻器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B、C、A、D。答案：(1)见解析(2)B、C、A、D5有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特性曲线。现有下列器材供选用：A电压表V1(05 V，内阻约10 k)B电压表V2(010 V，内阻约20 k)C电流表A1(00.3 A，内阻约1 )D电流表A2(00.6 A，内阻约0.4 )E滑动变阻器R1(010 ，2 A)F滑动变阻器R2(0100 ，0.3 A)G学生电源(直流6 V)、开关及导线(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表_，电流表_，滑动变阻器_。(填器材前的选项符号，如A、B)(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据；请在方框中画出实验电路图。图9(3)P为图9中图线上的一点，PN为图线上P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将_(填“增大”“减小”或“不变”)；对应P点，小灯泡的电阻值约为_。(保留三位有效数字)解析：(1)由灯泡“4 V2 W”可知，I0.5 A，选用A、D项，要求电压从0开始增大，可知用分压接法，选用E项。(2)由可知电流表外接，电路图如图所示：(3)IU图像中图线的斜率为电阻的倒数，所以随着电压的增加，电阻增大，结合图像和R，可得R 5.33 。答案：(1)ADE(2)见解析(3)增大5.336某同学用如图10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10(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图像，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_。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R1。(2)由RU图像可以读出，当灯泡不工作时，其电阻为1.5 。当电压为3.00 V时，其电阻为11.5 ，实际功率为P0.78 W。(3)由P可以排除C、D，由于灯泡不工作时电阻不为零，但电功率为零，所以选项A正确，B错误。答案：(1)A2V1R1E2(2)1.5 11.5 0.78(0.70.8均正确)(3)A第3章恒定电流(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，第15题只有一项符合题目要求，第68题有多项符合题目要求，全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1.三个电阻R12 ，R23 ，R35 ，将它们并联后加一恒定电压U，电路如图1所示。流过每个电阻的电流分别是I1、I2、I3，每个电阻两端电压分别是U1、U2、U3，则下列说法正确的是()图1AI1I2I3532BU1U2U3235C若再并联一个100 的电阻，则并联的总阻值增大D若减小R1的阻值，则电路中并联的总阻值减小解析：选D三个电阻并联，电压相等，选项B错误；根据I得，I1I2I315106，选项A错误；若再并联一个100 的电阻，则并联的总阻值将减小，选项C错误；根据可知，R1减小则并联的总阻值R也减小，选项D正确。2.某同学用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电流表和电压表接成如图2所示的电路，接通电源后，可能出现的情况是()图2A电流表烧坏B电压表烧坏C小灯泡烧坏 D小灯泡不亮解析：选D电压表内阻很大，所在支路电流非常小，电压表和电流表均不会被烧坏，所以A、B错；电流表内阻远小于小灯泡的电阻，通过小灯泡的电流几乎为零，故小灯泡不亮，选项C错，D对。3. (2015安徽高考)一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为()图3A. B.Cnev D.解析：选C由电流定义可知：IneSv，由欧姆定律可得：UIRneSvneLv，又E，故Enev，选项C正确。4.如图4所示，两个电阻串联后接在电路中a、b两点，已知a、b两点间电压不变。某同学将一个实验室里的电压表并联在R1两端时，读数为9 V；将该电压表并联在R2两端时，读数为7 V，则a、b两点间电压()图4A大于16 V B等于16 VC小于16 V D无法确定解析：选A将电压表并联在R1两端时，并联电阻小于R1，R1两端的电压小于不接电压表时的电压，即R1两端的实际电压大于9 V，同理，R2两端的实际电压大于7 V，所以a、b两点间的电压大于16 V，选项A正确。5.如图5为通过某种半导体材料制成的电阻的电流随其两端电压变化的关系图线，在图线上取一点M，其坐标为(U0，I0)，其中过M点的切线与横轴正向的夹角为，MO与横轴的夹角为。则下列说法正确的是()图5A将该电阻接在电路中，其消耗的电功率随电压的增大而增大B该电阻阻值随其两端电压的升高而增大C当该电阻两端的电压UU0时其阻值为 D当该电阻两端的电压UU0时其阻值为tan 解析：选A由题图知，U增大时，电功率PUI增大，所以A正确；由电阻R知，IU曲线上UU0点对应的电阻阻值为，与 的大小关系不确定，所以C、D均错；由IU图线知，曲线切线的斜率随U的增大而不断增大，同时电阻阻值不断减小，B错误。6下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻的电路C在非纯电阻电路中，UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路解析：选BCD电功率公式P，功率越大，表示电流做功越快。对于一段电路，有PUI，I，焦耳热Q2Rt，可见Q与P、U、t都有关。所以，P越大，Q不一定越大，A错误。WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，B正确。在不是纯电阻的电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C正确。焦耳热QI2Rt适用于任何电路，D正确。7将分压电阻串联在电流计上，改装成电压表，下列说法中正确的是()A接上分压电阻后，增大了原电流计的满偏电压B接上分压电阻后，电压按一定比例分别加在电流计和分压电阻上，电流计的满偏电压不变C若分压电阻是电流计内阻的n倍，则电压表量程扩大为n倍D通电时，电流计和分压电阻通过的电流一定相等解析：选BD接上分压电阻后，电压按一定比例分别加在电流计和分压电阻上，电流计的满偏电压不变，选项A错误，B正确；分压电阻是电流计内阻的n倍，则分压电阻分担的电压为nUg，则电压表的量程为(n1)Ug，选项C错误；通电时，电流计和分压电阻串联，故通过的电流一定相等，选项D正确。8把标有“220 V40 W”和“220 V15 W”的甲、乙两盏灯串联接在220 V电压下，则下列分析正确的是()A两盏灯的总功率等于55 WB两盏灯的总功率小于15 WC甲灯的实际功率大于乙灯的实际功率D乙灯的实际功率大于甲灯的实际功率解析：选BD由公式R知R甲R乙，由于它们串联，电流相等，由PI2R知P甲1.0 A；若电源选用8 V，则有0.8 A1.0 A，所以电源只能选用A；选择电流表或电压表时在不超过量程的情况下应选择小量程以提高测量的精确度，由于小灯泡额定电流是0.25 A，则电流表应选择量程为0300 mA的电流表A2，即电流表应选E。(2)额定电压下小灯泡的电阻Rx 25 ，由于25 与电流表内阻(约1 )可比，且远小于电压表内阻(约10 k)，所以电流表应采用外接法，实验电路原理图如图所示。答案：(1)AE(2)见解析图10(14分)在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻Rx约为5 。实验室备有下列实验器材：A电压表V1(量程3 V，内阻约为15 k)B电压表V2(量程15 V，内阻约为75 k)C电流表A1(量程3 A，内阻约为0.2 )D电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 )E变阻器R1(010 ，0.6 A)F变阻器R2(0200 ，0.1 A)G电池E(电压为3 V，内阻约为0.3 )H开关S，导线若干(1)为了使电阻的测量尽量精确，电压表应选_，电流表应选_，变阻器应选_。(均选填器材代号)(2)为减小实验误差，应选用图6中_(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图7用导线连接起来。图6图7图8(3)若用刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得导线的直径为0.635 mm，两电表的示数分别如图8所示，则电阻值为_ ，电阻率为_ m。解析：(1)电源电动势为3 V，因此电压表选A，最大电流Imax A0.6 A，所以电流表选D，变阻器F的额定电流太小，同时阻值太大