高中物理 第3章 恒定电流 实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高中选修3-1物理学案VIP免费

实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线[学习目标]1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(物理观念)2.会根据实验原理正确选择实验器材和实验电路。(科学思维)3.会通过描点法描绘小灯泡的伏安特性曲线。(科学探究)一、实验原理和方法1．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(1)两种接法的比较名称限流式接法分压式接法电路图闭合开关前滑片位置使滑动变阻器所用的电阻最大(电阻R的电流最小)，滑片应位于最左端使滑动变阻器与负载R并联的电阻为零(R的电流、电压为零)，滑片应位于最左端负载两端的电压调节范围U～U0～U通过负载的电流调节范围～0～负载正常工作时电路的效率电路中总电流等于负载R的电流，电路效率较高电路中总电流大于负载R的电流，电路效率较低(2)两种接法的选择：由于限流式接法电路简单，耗能低，所以通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法。a.当待测电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压电路。b.若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压式接法。c.要求回路中某部分电路的电流或电压必须从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法。二、实验器材小灯泡、4～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸。三、实验步骤1．按实验电路图连接电路，且使滑动变阻器的触头P滑至A端。2．闭合开关，使触头P逐渐向B移动，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格。3．断开开关，拆除电路，整理器材。四、数据处理1．列表格：将记录的9组U、I值记录在表格中。实验次数123456789UI2.描曲线：在坐标纸上以电流I为纵轴、电压U为横轴建立直角坐标系，描点绘出IU曲线。3．分析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不是直线的原因。五、误差分析1．测量时，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大，而产生系统误差。2．测量时读数不准，描绘IU图线时作图不准确产生偶然误差。六、注意事项1．描绘IU图线要求电压、电流从零开始变化，因此滑动变阻器采用分压接法。小灯泡的电阻较小，电流表采用外接法。2．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，且要使实验中测出的各组数据均匀，间隔大致相等。3．作图时两坐标轴的标度要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线时误差较大的点要舍去，要用平滑的曲线而不能画成折线。【例1】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IU图线。现有下列器材供选用：A.电压表(0～5V，内阻为10kΩ)B.电压表(0～15V，内阻为20kΩ)C.电流表(0～3A，内阻为1Ω)D.电流表(0～0.6A，内阻为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)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_________________________________________。甲乙(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)把图丙中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。丙[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比较合适，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4V，则电压表选0～5V的电压表A，而舍弃0～15V的电压表B，因为15V的量程太大，读数误差大。小灯泡的额定电流I＝0.5A，则电流表选D。滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的电阻，调节不方便，故舍弃。(3)小灯泡电阻为电流表内阻的＝20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的＝1250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...