2019-2020學年高中物理第二章電路學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學案粵教版選修3

1、學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：掌握電表的讀數(shù)方法科學探究：通過實際操作培養(yǎng)學生的動手能力與科學探究精神科學思維：1.能在實驗中正確選擇滑動變阻器的兩種接法與電流表的內接法、外接法.2.能根據(jù)需要正確選擇電表或量程.3.會根據(jù)所得的實驗結果分析小燈泡的伏安特性曲線，并進行相關計算一、電壓表、電流表的讀數(shù)方法1 首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許的最大電壓或電流值2 根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，即每一小格表示的值，同時確定讀數(shù)有效數(shù)字所在的位數(shù)3按照指針的實際位置進行讀數(shù)4. (1)03V的電壓表和03A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0.1

2、V和0.1A,讀到0.1的下一位，即讀到小數(shù)點后面兩位(2)對于015V量程的電壓表，精確度是0.5V,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到0.1V.(3)對于00.6A量程的電流表，精確度是0.02A,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A.舉例：如圖1為電流表和電壓表的刻度盤圖1甲圖中，電流表使用0.6A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02A,表針示數(shù)為0.44A;當使用3A量程時，每一小格為0.1A,表針示數(shù)為2.20A.乙圖中，電壓表使用3V量程時，每一小格為01V，表針示數(shù)為1.70V;使用15V量程時，每一小格為0.5V,表針示數(shù)

3、為8.5V.二、電壓表、電流表及滑動變阻器的使用1 .電流表的內接法和外接法電路圖(如圖2所示)圖2(2)誤差分析內接法：U測LRx,R測R真，適合測量大電阻.外接法：I測Irx,R測vR真，適合測量小電阻.(3)電流表內、外接法的選擇當R裳即RvJRR時，用電流表外接法.RxRa,RR當三三，即rJRR時，用電流表內接法.RaR(2 .滑動變阻器的限流式與分壓式接法電路圖(如圖3所示)圖3（2）分壓式和限流式電路的選擇原則若實驗中要求電壓從零開始調節(jié)，則必須采用分壓式電路.若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變

4、化范圍不夠大，此時，應用分壓式電路.若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，即若滑動變阻器阻值調到最大時，待測電阻上的電流（或電壓）仍超過電流表（或電壓表）的量程，或超過待測電阻的額定電流（或電壓）,則此時必須選用分壓式電路.（3）說明：兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單，能耗低.三、測繪小燈泡的伏安特性曲線1 .實驗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（UI）值，在IU坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖4所示.圖42 .實驗器材學生電源(46V直流)或電池組、小燈

5、泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、鉛筆、坐標紙.3 .實驗步驟(1)根據(jù)小燈泡上所標的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按圖4所示的電路圖連接好實物圖.(注意開關應斷近一滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零_)(2)閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器，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，整理好器材.4 .數(shù)據(jù)處理(1)在坐標紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標系.(2)在坐標紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應的點.(3)將描出的點用平

6、滑的曲線連接起來,就得到小燈泡的伏安特性曲線.5 .實驗結果與數(shù)據(jù)分析(1)結果：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化而變化.曲線向橫軸彎曲，即隨電壓的增大，曲線上的點與原點的連線的斜率變小，力阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大.6 .注意事項(1)因IU圖線是曲線，本實驗要測出多組包括零在內的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應采用分壓式接法.(2)由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法.(3)畫I-U圖線時縱軸、橫軸的標度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜，不要畫成折線，應該用平滑的曲線連接，個別偏離較遠的點應舍去

7、.、實驗原理的理解和實驗電路、實驗器材的選擇1在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，選擇“3V0.5A”的小燈泡作為研究對象，請回答下面幾個問題：（1） 下列實驗器材中應選擇（填入器材序號）A.電流表（量程00.6A,內阻約1Q）B.電流表（量程03A,內阻約1Q）C.電壓表（量程015V,內阻約10kQ）D.電壓表（03V,內阻約2kQ）E.滑動變阻器（阻值01000Q）F.滑動變阻器（阻值010Q）G.電源E=6VH.開關S,導線若干（2） 在本實驗中，滑動變阻器應采用（填“分壓”或“限流”）接法，電流表應采用（填“內”或“外”）接法（3） 在方框中畫出實驗電路圖，并用實線代替導線，將圖5

8、中的器材連接成可供實驗的電路圖5答案(1)ADFGH(2)分壓外(3)見解析圖解析(1)燈泡額定電流為0.5A，電流表選擇A；燈泡額定電壓為3V，電壓表選擇D；為方便實驗操作，滑動變阻器應選擇F；實驗還需要電源、開關與導線，故需要的實驗器材為：ADFGH；(2) 描繪小燈泡伏安特性曲線要求電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；由于燈泡電阻遠小于電壓表內阻，電流表應采用外接法；(3) 滑動變阻器采用分壓接法，電流表采用外接法，電路圖如圖甲所示：根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖乙所示：實驗數(shù)據(jù)處理圖6甲為“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3V.圖6(1)在圖

9、乙方框中畫出與實物電路相對應的電路圖.(2)完成下列實驗步驟：閉合開關前，調節(jié)滑動變阻器的滑片，滑片應停留在滑動變阻器的最(選填“左”或右)驪；閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達到額定電壓；記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡的伏安特性曲線.編力12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小燈泡發(fā)光情況小鳧微亮逐漸變亮正常發(fā)光（3）數(shù)據(jù)分析：從圖線上可以得知，當電壓逐

10、漸增大時，燈絲電阻的變化情況是圖線表明導體的電阻隨溫度的升高而.小燈泡正常工作時的電阻約為.（保留到小數(shù)點后一位）答案（1）見解析圖（2）左見解析圖（3）先不變，后逐漸增大增大14.6Q解析（1）與實物電路相對應的電路圖如圖（a）所示.（2）為保護實驗器材，開關閉合之前，題圖甲中滑動變阻器的滑片應該置于最左端.根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的IU圖線如圖（b）所示.(3)從圖線上可以得知，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大.圖線表明導體的電阻隨溫度的升高而增大.3根據(jù)IU圖線可得電壓U=3V時，I=0.205A,所以小燈泡正常工作時的電阻約為Rt=-0.205=14.6Q.

11、學科素養(yǎng)通過選擇電表、選擇電路、選擇量程、實物連線、數(shù)據(jù)處理等，既鍛煉了學生應用所學知識處理問題的能力，又提高了學生獲取、處理信息和基于證據(jù)得出結論并做出解釋的能力，體現(xiàn)了“科學思維”和“科學探究”的學科素養(yǎng)1. 分別讀出下表中的電壓表和電流表的示數(shù)，并填在表格中電表所選量程測量值015V03V03A00.6A答案11.0V2.20V0.80A0.16A解析015V的最小分度為0.5V,讀數(shù)為11.0V;03V的最小分度為0.1V,讀數(shù)為2.20V;03A的最小分度為0.1A,讀數(shù)為0.80A;00.6A的最小分度為0.02A,讀數(shù)為0.16A.2. （2018山師附中期末）現(xiàn)要測定一個額定電

12、壓為3V、額定功率為1.2W的小燈泡的伏安特性曲線，要求所測電壓范圍為03V.現(xiàn)有器材：直流電源E（電動勢4.5V,內阻不計）電壓表V1（量程3V,內阻約為3kQ）電壓表V2（量程15V,內阻約為15kQ）電流表A1（量程200mA內阻約為20）電流表A2（量程400mA內阻約為1）滑動變阻器R（最大阻值為20Q）開關S,導線若干.（1）如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電壓表是（填寫“V1”或“V2”），選用的電流表是（填寫“A1”或“A2”）.（2）將測量小燈泡電阻的實驗電路圖畫在方框內，并在圖中標明各元件的符號.答案（1）V1A2（2）見解析圖一，一,、一，一，、一，一P

13、解析（1）燈泡的額定電壓為3V,則電壓表選V1；小燈泡的額定電流I=1=0.4A=400mA故電流表應選量程為400mA的A2;12（2）小燈泡的電阻R=-=7.5Q,由于R?R,故應選電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法，電路圖如圖：） 為描繪小燈泡的伏安特性曲線，實3. （2017南通、揚州、泰州、淮安四市第三次模擬考試驗室備有下列器材：A.小火T泡（額定電壓6V,額定電流600mA）B.電流表（量程00.6A,內阻約為0.5）C.電流表(量程03A,內阻約為0.1Q)D.電壓表(量程06V,內阻約為10kQ)E.滑動變阻器R(010Q,2A)F.滑動變阻器R(0100Q,1.5A)G.

14、直流電源E約6V)H.開關、導線若干(1) 實驗中電流表應選用，滑動變阻器應選用(填器材前的字母代號)(2) 請用筆畫線代替導線，將圖7甲電路連接完整圖7記錄電流表和電壓(3) 實驗電路連接正確，閉合開關，從最左端向右端調節(jié)滑動變阻器滑片，表相應示數(shù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系中描點，如圖乙所示，則電路發(fā)生的故障是答案(1)BE(2) 如圖所示(3) 電源負極和滑動變阻器左下接線柱間的電路斷路解析由于小燈泡的額定電流為600mA=0.6A,因此電流表選用；由于滑動變阻器采用分壓接法，為了調節(jié)方便，應選用最大阻值較小的滑動變阻器，即選用R1.(3)閉合開關以后，調節(jié)滑動變阻器的滑片從最左端向最右端移動

15、的過程中，由題圖乙的描點可以看出，電壓調節(jié)范圍小，且沒有從零開始變化，由此可以判斷電源負極與滑動變阻器左下接線柱間的電路斷路1.（2018濱州市期末）有一燈泡上標有“2.5V1.5W字樣，現(xiàn)要測繪該燈泡的伏安特性曲線，有下列器材可供選用：A.電壓表（03V,內阻1.0k）B.電壓表（015V,內阻3.0kQ）C.電流表（03A,內阻1.0Q）D.電流表（00.6A,內阻3.5Q）E.滑動變阻器（最大阻值為5Q,2A）F.滑動變阻器（最大阻值為1000a,0.5A）G.學生電源（直流6V）及開關、導線等（1） 實驗中所用的電壓表應選，電流表應選，滑動變阻器應選（選填器材前面的字母）（2） 本實驗

16、要求電壓從零開始測量，所以下列電路圖中正確的為答案(1)ADE(2)B2. (2018聊城市期末)某物理學習小組描繪一只小燈泡(2.5V1.2W)的伏安特性曲線，有下列器材供選用：A.電壓表(03V,內阻6kQ)B.電壓表(015V,內阻30kQ)C.電流表(03A,內阻0.1Q)D.電流表(00.6A,內阻0.5)E.滑動變阻器(010Q,5A)F.滑動變阻器(01kQ,0.1A)G.電源(3V,內阻不計)H.開關一個，導線若干.(1) 電壓表應選用，電流表應選用，滑動變阻器應選用(用序號字母表示)(2) 如圖1所示，圖中有幾根導線已經(jīng)接好，為完成本實驗，請用筆畫線代替導線，將電路補畫完整，

17、要求實驗誤差盡可能的小圖1(3)下表中的數(shù)據(jù)是該小組在實驗中測得的，請在圖2坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點，用“X”表示，并繪出IU圖線.根據(jù)IU圖線可知，該小燈泡燈絲溫度升高時，電阻(填“變大”或“變小”).U/V0.000.400.801.001.201.501.802.002.202.50I/A0.000.170.270.300.350.390.430.450.470.48答案(1)ADE(2)如圖所示(3)如圖所示變大3圖3是小組同學在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖(1)根據(jù)實物連接圖在虛線框中畫出實驗電路圖;(2)調節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖4中的、所

18、示，電流表量程為0.6A,電壓表量程為3V.讀數(shù)為：?.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為和.圖4答案見解析解析（1）由實物連接圖可知電路圖如圖所示.（2）電流表量程為0.6A時，最小分度為0.02A,讀數(shù)讀到小數(shù)點后兩位，所以表示數(shù)為0.10A,表示數(shù)為0.24A;電壓表量程為3V,最小刻度為0.1V,應估讀到0.01V,所以表示數(shù)為2.00V,表示數(shù)為0.28V.燈泡兩端電壓小，電流就小，故為同一組數(shù)據(jù)，為另一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律=?=2黑=8.3R2=U2=J28-Q=2.8Q.Ii0.24AI20.104.一個小燈泡上標有“4V0.5A”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的IU圖線.現(xiàn)有下列器材

19、供選擇：A.電壓表（05V,內阻約10kQ）B.電壓表（015V,內阻約20kQ）C.電流表（03A,內阻約1Q）D.電流表（00.6A,內阻約0.4）E.滑動變阻器（10Q,2A）F.滑動變阻器（500Q,1A）G.電源（直流6V）、開關、導線若干圖5（1） 實驗時，選用圖5中（填“甲”或“乙”）電路圖來完成實驗，請說明理由：.（2） 實驗中所用電壓表應選，電流表應選，滑動變阻器應選（用字母序號表示）（3） 把圖6所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖答案（1）甲描繪燈泡的IU圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始（2）ADE如圖所示5.要測繪額定電壓為2V的常用小燈泡的伏安特性曲線，所供選擇的器材除了導線和開關外，還有以下一些器材可供選擇：A.電源E（電動勢3.0V,內阻可不計）B.電壓表Vi（量程為03.0V,內阻約2k）C.電壓表V2（015.0V,內阻