2024-2025学年高中物理第二章恒定电流实验测绘小灯泡的伏安特性曲线学案新人教版选修3-1

PAGEPAGE1试验测绘小灯泡的伏安特性曲线一、试验目的测绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析其变更规律．二、试验原理用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，在I－U坐标系中描出各组试验数据对应的点，用平滑的曲线连接起来就得到小灯泡的伏安特性曲线．1．电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差缘由电流表的分压电压表的分流测量值和真实值的比较R测＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA测量值大于真实值R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(U测,Ix＋IV)测量值小于真实值适用于测量测大电阻或eq\f(Rx,RA)＞eq\f(RV,Rx)测小电阻或eq\f(RV,Rx)＞eq\f(Rx,RA)2．滑动变阻器的两种接法比较限流式分压式电路组成变阻器接入电路的特点采纳“一上一下”的接法采纳“两下一上”的接法调压范围eq\f(Rx,R＋Rx)E～E(不计电源内阻)0～E(不计电源内阻)三、试验器材电源、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．四、试验步骤1．确定电流表、电压表的量程，采纳电流表外接法，滑动变阻器采纳分压式按如图所示的电路原理图连接好试验电路．试验原理图2．把滑动变阻器的滑片调整到a端，电路经检查无误后，闭合开关S．3．变更滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S．4．拆除试验电路，整理好试验器材．五、数据处理1．以I为纵坐标，U为横坐标建立坐标系．2．选取适当的分度，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，得到小灯泡的伏安特性曲线．六、误差分析1．由于电压表不是志向电表，内阻对电路的影响会带来误差，电流表外接，则电流表示数偏大．2．测量时，读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．七、留意事项1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置，照试验原理图乙中a端．2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压．3．在选择电表的量程时，驾驭以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至eq\f(1,3)～eq\f(2,3)量程之间．4．测绘I－U(U－I)图线时要留意三点：一是标度选取合理．即作出的图象既可以把表中所给出的全部点都标注上，同时又要使图象分布在中心位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃．对试验原理和电路连接、器材选择的考查有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)C．电流表(0～3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0．6A，内阻0．4Ω)E．滑动变阻器(10Ω，2A)F．滑动变阻器(500Ω，1A)G．学生电源(直流6V)、开关、导线若干(1)试验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成试验，请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(2)试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)把图丙中所示的试验器材用实线连接成实物电路图．丙[解析]因试验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，须要多次变更小灯泡两端的电压，故采纳甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零起先调整，且能便利地测多组数据．因小灯泡额定电压为4V，则电压表选0～5V的A而舍弃0～15V的B，因15V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝0．5A，则电流表只能选D．滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8Ω，调整不便利，电压变更与滑动变阻器运用部分的长度线性关系差，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的eq\f(8,0．4)＝20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的eq\f(10×103,8)＝1250倍，故电流表采纳了外接法．[答案](1)描绘小灯泡的I－U图线所测数据需从零起先，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示eq\a\vs4\al()1．电流表两种不同接法的电路选择(1)定量判定法若已知待测电阻的大约值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则：当eq\f(Rx,RA)＞eq\f(RV,Rx)，即Rx＞eq\r(RARV)时，选用电流表内接法．当eq\f(Rx,RA)＜eq\f(RV,Rx)，即Rx＜eq\r(RARV)时，选用电流表外接法．当eq\f(Rx,RA)＝eq\f(RV,Rx)，即Rx＝eq\r(RARV)时，选用两种接法都可以．对用伏安法测电阻电路的选择及误差可总结为：“大内偏大，小外偏小”．即测大电阻采纳电流表内接法，测量值比真实值偏大；测小电阻采纳电流表外接法，测量值比真实值偏小．(2)试触法若不知Rx的也许值，为了选择正确的电路接法以减小误差，可将电路按如图所示连接，只空出电压表的一个接头，然后将该接头分别与A、B两处接触一下，视察电压表和电流表的示数变更状况．若电流表示数有显著变更，说明电压表的分流作用较强，即Rx是一个大阻值电阻，应选用内接法，接头应接在B处测量．若电压表示数有显著变更，说明电流表的分压作用较强，即Rx是一个小阻值电阻，应选用外接法，接头应接在A处测量．2．滑动变阻器两种不同接法的电路选择(1)要求回路中的某部分电路的电压从0起先连续变更，必需选择分压接法．(2)若题目所供应的试验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够，则选择分压接法．(3)滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻时，必需选择分压接法．(4)分压接法、限流接法都可以时，因为采纳限流接法能耗小，优先采纳限流接法．对试验数据的处理和误差分析的考查某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的试验中得到如下表所示的几组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发光状况不亮微亮渐渐变亮正常发光(1)在下图中画出I－U图象．(2)从图象上可以看出，当电压渐渐增大时，灯丝电阻的变更状况是________________________________________________________________________________________________________________________________________________．(3)这表明小灯泡的电阻随温度的上升而_____________________________________．[解析]依据表中的数据，在坐标纸上找出对应的点，连成平滑的曲线，即I－U图线．在I－U图线中，任一点与原点连线的斜率的倒数即为这一状态的电阻值，即R＝eq\f(U,I)，从图线看出斜率越来越小，其倒数越来越大，即灯丝电阻随功率增加而变大，或者说随温度上升而变大．[答案](1)见解析图(2)起先不变，后来渐渐变大(3)增大eq\a\vs4\al()对于图象问题须要留意的几点(1)合理选取标度；(2)细致、精确地描点；(3)连线时，偏离线太远的点应舍去；(4)要用平滑曲线连接，图线要过原点不能用折线；(5)对小灯泡的伏安特性曲线要做到“心中有图”，曲线的特点要符合：随着电压上升，电阻渐渐变大，但增得越来越慢，若结果与此不符，须细致核对．试验改进与创新某同学利用如图甲所示的试验电路来探究电阻Rx随电压U变更的关系．操作如下：A．闭合开关S1，单刀双掷开关S2拨到a点，适当调整滑动变阻器R′，读出电压表示数U1；保持R′阻值不变，把S2拨到b点，调整电阻箱R的阻值，直到电压表示数仍为U1，电阻箱读数为R1B．把S2再拨到a点，调整R′的阻值，读出电压表示数U2；把S2再拨到b点，调整电阻箱R的阻值，直到电压表示数为U2，此时电阻箱读数为R2C．变更滑动变阻器R′的阻值，重复上述操作，得到几组电压表示数与R的数据如下表电阻R/Ω5．010．015．025．035．045．0电压U/V1．001．501．802．142．322．45(1)请在图乙中依据试验数据作出U－R关系图象．(2)若电压表示数为2．00V．利用所测绘的U－R图象可得Rx＝________Ω．[解析](1)先以试验得到的每一组(R，U)数据描点，然后用平滑的曲线连接以上所描的点，得到U－R图线如图所示．(2)比照U－R图线，找到图线上U＝2．00V的点，读出其对应的Rx＝20Ω(19～21Ω均可以)．[答案](1)见解析图(2)20eq\a\vs4\al()本试验是采纳替代法测量电阻Rx在不同电压下的阻值，因此描绘出的U－R图线即为U－Rx图线．1．(2024·湘潭县校级月考)做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”时所描绘曲线不是直线，某同学分析试验结论时给出以下理由，其中正确的是()A．电源电压较高，降低电压就肯定会是直线B．小灯泡灯丝电阻不是恒值，随温度上升会发生变更C．电路中的连接点有接触不良的现象D．改描U－I曲线可能变为直线解析：选B．所绘图象之所以不是直线，是因为金属导体的电阻随温度的上升而增大；降低电压时温度也会上升，得出的也是曲线；接触不良时会出现灯泡闪亮的状况，不会使图象为曲线；本试验得出的U－I图象也是曲线，故A、C、D错误，B正确．2．在测量灯泡伏安特性试验中，同学们连接的电路中有四个错误电路，如图所示．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：a．灯泡L不亮；电流表示数几乎为零b．灯泡L亮度增加；电流表示数增大c．灯泡L起先不亮，后来突然发光；电流表从示数不为零到线圈被烧断d．灯泡L不亮；电流表从示数增大到线圈被烧断与上述a、b、c、d四种现象对应的电路序号为()A．③①②④ B．③④②①C．③①④② D．②①④③解析：选A．①中滑片向右移动过程，灯泡两端电压增大，灯泡实际功率增大，灯泡变亮，电路总电阻减小，干路电流增大，电流表示数增大，对应b；②中灯泡与电流表并联，灯泡被短路，滑片向右移动过程，滑动变阻器接入电路阻值减小，电路电流增大，电流表示数增大，灯泡始终不发光，当滑片到达最右端时，电源短路，电流表烧坏，此时，灯泡突然发光，对应c；③中灯泡被短路，灯泡不亮，电流表与电压表串联，电流表示数几乎为零，对应a；④中安培表使灯泡短路，灯泡L始终不亮，电流表从示数增大到线圈被烧断，对应d．3．伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采纳试接的方法，如图所示，让电压表一端接在电路上a点，另一端先后接到b点和c点．留意视察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变更，则待测电阻的阻值跟________表的内阻可比拟，电压表的两端应接在a和________点．若电压表的示数有显著变更，则待测电阻的阻值跟________表的内阻可比拟，电压表应接在a和________两点．解析：若电流表示数变更明显，说明电压表的分流作用较大，即说明电压表的内阻不是很大，则待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采纳电流表内接法，即电压表的两端应接在a和c之间；若电压表示数变更明显，说明电流表的分压作用较明显，即电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采纳电流表的外接法，即电压表应接在a、b之间．答案：电压c电流b4．(2024·增城校级联考)某同学用下列器材描绘额定电压为3．0V小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变更从零起先)．A．电流表(0．6A，1Ω) B．电压表(3V，1kΩ)C．滑动变阻器(10Ω，1A) D．电源(4V，内阻不计)(1)请你在实物连接图甲中，把还须要连接的导线补上．(2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于________端(选填“左”或“右”)．(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数渐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为____________________________．(4)解除故障后，某次测量时电流表的指针位置如图乙所示，其读数为________A．(5)小明完成试验后，由试验数据画出小灯泡的I－U图象，如图丙中实线所示．由图可确定小灯泡在电压为2．0V时的电阻为________Ω(保留两位有效数字)．解析：(1)该试验要求电压从零调整，因此滑动变阻器要采纳分压接法，由于灯泡电阻很小，因此电流表要采纳外接法，由此可正确连接实物图如图所示．(2)起先试验之前，要使滑动变阻器的输出