2020_2021学年高中物理第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.doc

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1、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

2、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。-11-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

3、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

4、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

5、．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“4V　2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU-11-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

6、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

7、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，并要多取几组数据　(2)A　D　E　(3)如图所示-11-【例2】　图甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路

8、图，已知小灯泡的额定电压为3V。甲　　　乙丙(1)在图乙所示的虚线框中画出与实物电路相对应的电路图。(2)完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最________(选填“左”或“右”)端；②闭合开关后，逐渐移