（山東省專用）2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線講義（含解析）新人教版選修3-1.doc

實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線一、實驗目的1測繪小燈泡的伏安特性曲線。2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實驗原理歐姆定律。三、實驗電路1電流表的內(nèi)、外接：由于小燈泡的電阻較小，為減小誤差，采用電流表外接法。2滑動變阻器的接法：小燈泡兩端的電壓需要從0開始，滑動變阻器要采用分壓式連接，實驗電路圖如圖所示。四、實驗器材小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、學生電源(或電池組)、開關、導線、坐標紙、鉛筆等。五、實驗步驟1確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，按如圖所示的電路原理圖連接好實驗電路。2把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到a端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關S。3改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開開關S。4拆去實驗線路，整理好實驗器材。六、數(shù)據(jù)處理1在坐標紙上建立坐標系，坐標所取分度應參考測量數(shù)據(jù)，比例適當，盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標紙。2連線一定要用平滑的曲線，不能畫成折線。3根據(jù)圖像計算電阻時，應用R來計算。七、誤差分析1由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來系統(tǒng)誤差，電流表外接，則電流表示數(shù)偏大。2測量時，讀數(shù)帶來偶然誤差。3在坐標紙上描點、作圖也會帶來偶然誤差。八、注意事項1開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑到使燈泡兩端電壓為零的位置。2在增大電壓的過程中，要確保不超過小燈泡的額定電壓。3在選擇電表的量程時，掌握以下原則：在測量值不超過電表量程的前提下，指針盡量偏轉至量程左右。4測繪IU(UI)圖線時要注意三點：一是標度選取合理。即作出的圖像既可以把表中所給出的所有點都標注上，同時又要使圖像分布在中央位置上；二是用“”或“”標注點；三是用平滑曲線擬合連接各點，誤差較大的點可以舍棄。例1在描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中選擇“3 V0.5 A”的小燈泡作為研究對象，現(xiàn)備有以下器材：A電流表A1(量程00.6 A，內(nèi)阻1 )B電流表A2(量程03 A，內(nèi)阻1 )C電壓表V1(量程015 V，內(nèi)阻約10 k)D電壓表V2(03 V，內(nèi)阻約2 k)E滑動變阻器R1(阻值0100 )F滑動變阻器R2(阻值010 )G電源E6 VH開關S，導線若干(1)在本實驗中，電流表應選用_，電壓表應選用_，滑動變阻器應選用_；(填入器材序號)(2)滑動變阻器應采用_(填“分壓”或“限流”)式接法，電流表應采用_(填“內(nèi)”“外”)接法；(3)設實驗中，電流表、電壓表的某組示數(shù)如圖所示，圖示中I_ A，U_ V。解析(1)“3 V0.5 A”的小燈泡，則電流表應選用A(量程00.6 A，內(nèi)阻1 )，電壓表應選用D(03 V，內(nèi)阻約2 k)；描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動變阻器選用F(阻值010 )。(2)描繪小燈泡伏安特性曲線，滑動變阻器應采用分壓式接法；小燈泡正常工作時的電阻RL6 ，比電壓表電阻小的多，則電流表應采用外接法。(3)根據(jù)題圖中電流表、電壓表的示數(shù)可知I 0.48 A，U2.20 V。答案(1)ADF(2)分壓外(3)0.482.20例2小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，某同學利用實驗探究這一現(xiàn)象，所提供的器材有：A電流表A1：量程00.6 A，內(nèi)阻約0.125 B電流表A2：量程03 A，內(nèi)阻約0.025 C電壓表V1：量程03 V，內(nèi)阻約3 kD電壓表V2：量程015 V，內(nèi)阻約15 kE滑動變阻器R1：總阻值約10 F滑動變阻器R2：總阻值約200 G電池E：電動勢3.0 V，內(nèi)阻很小H導線若干，開關S該同學選擇儀器，設計電路并進行實驗，通過實驗得到如下數(shù)據(jù)：I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)請你推測該同學選擇的器材是：電流表為_，電壓表為_，滑動變阻器為_(以上均填寫器材前序號)。(2)請你推測該同學設計的實驗電路圖并畫在下面的虛線框中。解析(1)由表中實驗數(shù)據(jù)可以知道，電流最大測量值為0.50 A，則電流表應選A；電壓最大測量值為2.00 V，電壓表應選C；為方便實驗操作滑動變阻器應選擇E。(2)由表中實驗數(shù)據(jù)可以知道，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；燈泡最大阻值約為R 4.0 ，電流表內(nèi)阻約為0.125 ，電壓表內(nèi)阻約為3 k，電壓表內(nèi)阻遠大于燈泡電阻，電流表應選擇外接法；電路圖如圖所示。答案(1)ACE(2)電路圖見解析1多選在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，已備有以下器材：小燈泡、學生電源、開關、導線若干，還必需的器材有()A電壓表B電流表C滑動變阻器D多用電表解析：選ABC實驗中要測量電壓和電流，必需電壓表和電流表，描繪圖線必須測出多組U、I值，因此要用滑動變阻器調(diào)節(jié)小燈泡的電流和電壓，A、B、C正確。2做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗。(1)實驗電路圖已經(jīng)畫出了一部分，如圖所示，但尚未完整，請將該電路完整地連接好；(2)按你連接的電路，S閉合后，要使小燈泡的亮度增加，變阻器的滑片P應向_(選填“A”或“B”)端移動。解析：(1)采用滑動變阻器分壓式連接，電路圖如圖所示：(2)要使小燈泡的亮度增加，變阻器的滑片P應向B端移動。答案：(1)見解析(2)B3以下是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的操作步驟：A閉合開關，記下電流表、電壓表的一組示數(shù)(I，U)，移動滑動變阻器的滑動觸頭，每移動一次記下一組(I，U)值，共測出12組數(shù)據(jù)；B將電流表、電壓表、滑動變阻器、小燈泡、電源、開關正確連接成電路。電流表外接，滑動變阻器采用分壓式，如圖所示；C調(diào)節(jié)觸頭位置，使閉合開關前觸頭處于滑動變阻器的左端；D按所測數(shù)據(jù)，在坐標紙上描點并將各點用直線段連接起來，得出小燈泡的伏安特性曲線。(1)以上各步驟中存在錯誤或不妥之處的是_，應如何改正：_。(2)將各步驟糾正后，按實驗先后順序排列：_。解析：錯誤或不妥的步驟是ACD。A步驟：測量不同電壓下的電流值I時，應先預設各組數(shù)據(jù)中的電壓U或電流I的值，而不是隨意測，隨意測時會使描點疏密不均勻，畫圖線時出現(xiàn)較大誤差，甚至無法畫出IU圖線。C步驟：閉合開關前應使小燈泡兩端電壓為零，即觸頭應置于滑動變阻器最右端。D步驟：應將各點用平滑的曲線連接。答案：(1)見解析(2)BCAD4要測繪一個標有“3 V0.6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作。已選用的器材有：電池組E(電動勢為4.5 V，內(nèi)阻約1 )電流表A(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )電壓表V(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)開關一個、導線若干(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的_(填字母代號)。A滑動變阻器R1(最大阻值20 ，額定電流1 A)B滑動變阻器R2(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)(2)實驗的電路圖應選用下列的圖_(填字母代號)。解析：描繪小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從零開始，需選用滑動變阻器的分壓式接法，滑動變阻器阻值應選較小的，故選A。由于燈泡電阻較小，正常工作時R15 ，電流表選用外接法誤差較小，故電路圖選B。答案：(1)A(2)B5某實驗小組要描繪一只小燈泡L(2.5 V0.5 A)的伏安特性曲線。實驗中除導線和開關外，還有以下器材可供選擇：電源E(3.0 V，內(nèi)阻約0.5 )電壓表V1(03 V，內(nèi)阻約3 k)電壓表V2(015 V，內(nèi)阻約15 k)電流表A1(00.6 A，內(nèi)阻約0.125 )電流表A2(03 A，內(nèi)阻約0.025 )滑動變阻器R1(05 )滑動變阻器R2(01 750 )(1)電壓表應選擇_，電流表應選擇_，滑動變阻器應選擇_。(2)實驗過程中要求小燈泡兩端電壓從零開始調(diào)節(jié)，應選擇下圖中哪一個電路圖進行實驗_。解析：(1)燈泡的額定電壓為2.5 V，額定電流是0.5 A，所以電壓表應選擇V1，電流表應選擇A1，因本實驗必須采用分壓接法，故滑動變阻器應選擇總阻值較小的R1。(2)描繪燈泡伏安特性曲線，電壓、電流要從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓式接法，燈泡的電阻約為R 5 ，遠小于電壓表內(nèi)阻，電流表采用外接法誤差較小，選圖A所示實驗電路。答案：(1)V1A1R1(2)A6表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡UI關系的實驗數(shù)據(jù)：U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知，應選用的實驗電路圖是圖中的_(選填“甲”或“乙”)。(2)請在圖丙所示的方格紙內(nèi)畫出小燈泡的UI圖線；分析圖線可知小燈泡的電阻隨I變大而_(選填“變大”“變小”或“不變”)。解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，電壓、電流從零開始測量，因此需要滑動變阻器分壓接法，故該實驗選擇分壓接法。故應選擇甲電路。(2)根據(jù)表格所給數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的UI曲線如圖所示；由小燈泡的UI圖線可知，圖像的斜率變大，故說明當電流增大時，燈泡的電阻增大。答案：(1)甲(2)見解析圖變大