1、5实验：描绘IU特性曲线 第二章 电路及其应用 学习目标：1进一步掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法、外接法的选择。2能根据需要正确选择测量仪器及电表量程。3会根据所得的实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关分析。4尝试进行实验误差的分析，了解测量中减小误差的方法。自主预习探新知 NO.1一、实验原理与方法 用测出流过小灯泡的电流，用测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)值，在I-U 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图所示。电压表电流表二、实验器材 学生电源(46 V 直流)或电池组、小灯泡(“4 V 0.7 A”或“3.8V
2、 0.3 A”)、电压表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。电流表滑动变阻器三、实验步骤 1根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的，按图所示的电路图连接好实物图。(注意开关应，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为)2闭合开关 S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压 U 和电流 I。量程断开零3用同样的方法测量并记录几组 U 和 I，填入下表。次数12345678电压 U/V电流 I/A 4断开开关，整理好器材。四、数据处理 1在坐标纸上以 U 为横轴、I 为纵轴建立直角坐标系。2在坐标纸中描出各组数据所对应的点。3将描出的点用连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。4
3、结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向轴弯曲的曲线。横平滑的曲线5分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化。曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变，电阻变，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而。小大增大五、误差分析 1系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。2测量误差：测量时读数带来误差。3作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差。六、注意事项 1因 I-U 图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用接法。2由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表法。3画 I-U 图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐
4、标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应。分压式外接舍去合作探究提素养 NO.2【例 1】一个小灯泡上标有“4 V 0.5 A”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(05 V，内阻约 10 k)B电压表(015 V，内阻约 20 k)C电流表(03 A，内阻约 1)D电流表(00.6 A，内阻约 0.4)E滑动变阻器(10，2 A)F滑动变阻器(500，1 A)G电源(直流 6 V)、开关、导线若干 甲 乙(1)实验时，选用图中_(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：_。(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选_，
5、滑动变阻器应选_。(用字母序号表示)(3)把图所示的实验器材用实线连接成实物电路图。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)小灯泡额定电压为 4 V，因 15 V 的量程太大，读数误差大，则电压表选 05 V 的 A 而舍弃 015 V 的 B。小灯泡的额定电流 I0.5 A，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 8，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去，选用 E。(3)小灯泡内阻为电流表内阻的 80.420 倍，
6、电压表内阻是小灯泡内阻的1010381 250 倍，故电流表应选用外接法。答案(1)甲 描绘灯泡的 I-U 图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据(2)A D E(3)如图所示【例 2】图甲为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为 3 V。甲 乙丙(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图。(2)完成下列实验步骤：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；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；记录如下8组U和I的数据，断开开关。根据实验数
7、据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205小灯泡发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光(3)数据分析：从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_。图线表明导体的电阻随温度的升高而_。小灯泡正常工作时的电阻约为_。(保留到小数点后一位)解析(1)与实物电路相对应的电路图如图(a)所示。(2)为保护实验器材，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端。根据表格中的数据，画出小灯泡的
8、I-U图线如图(b)所示。(b)(3)从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大。图线表明导体的电阻随温度的升高而增大。电压U3 V时，I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻R30.205 14.6。答案(1)见解析图(a)(2)左 见解析图(b)(3)先不变，后逐渐增大 增大 14.6 当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 6 7 1现要测定一个铭牌上标有“3 V,0.4 A”的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为03 V。现有器材：直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计)电压表V1(量程3 V，内阻约为3 k)电压表V2(量程15 V，内阻约
9、为15 k)电流表A1(量程200 mA，内阻约为2)电流表A2(量程400 mA，内阻约为1)滑动变阻器R(最大阻值为20)开关S，导线若干。1 2 3 4 5 6 7(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是_(填“V1”或“V2”)，选用的电流表是_(填“A1”或“A2”)。(2)将测量小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)灯泡的额定电压为3 V，则电压表选V1；小灯泡的额定电流I0.4 A400 mA，故电流表应选量程为400 mA的A2；答案(1)V1 A2(2)见解析图(2)小灯泡的电阻RUI 7.5
10、，由于RRV1，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示。1 2 3 4 5 6 7 2为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：A小灯泡(额定电压6 V，额定电流600 mA)B电流表(量程00.6 A，内阻约为0.5)C电流表(量程03 A，内阻约为0.1)D电压表(量程06 V，内阻约为10 k)E滑动变阻器R1(010，2 A)1 2 3 4 5 6 7 F滑动变阻器R2(0100，1.5 A)G直流电源E(约6 V)H开关、导线若干(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(填器材前的字母代号)1 2 3 4 5 6 7(2)请用笔画线代替导线，将图甲
11、电路连接完整。甲1 2 3 4 5 6 7 乙1 2 3 4 5 6 7(3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向最右端调节滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是_。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)由于小灯泡的额定电流为600 mA0.6 A，因此电流表选用；由于滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1。(3)闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调节范围小且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断
12、路，使电路变成了限流电路。1 2 3 4 5 6 7 答案(1)B E(2)如图所示(3)电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路 1 2 3 4 5 6 7 3某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5 V 0.48 A)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A电压表(03 V，内阻 6 k)B电压表(015 V，内阻 30 k)C电流表(03 A，内阻 0.1)D电流表(00.6 A，内阻 0.5)E滑动变阻器(010，5 A)1 2 3 4 5 6 7 F滑动变阻器(01 k，0.1 A)G电源(3 V，内阻不计)H开关一个，导线若干。(1)电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(
13、用序号字母表示)1 2 3 4 5 6 7(2)如图所示，图中有几根导线已经接好，为完成本实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完整，要求尽量减小实验误差。1 2 3 4 5 6 7(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在坐标纸上补齐未画出的数据点，用“”表示，并绘出 I-U 图线。根据 I-U 图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻_(填“变大”或“变小”)。U/V0.000.400.801.001.201.501.802.002.202.50 I/A0.000.170.270.300.350.390.430.450.470.48 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
14、解析(1)灯泡额定电压 2.5 V，电压表应选 A；灯泡额定电流 I0.48 A，电流表选 D；为方便操作，滑动变阻器应选总阻值较小的E。(2)描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡正常发光时的电阻较小，故电流表应采用外接法。1 2 3 4 5 6 7(3)根据描点法得出对应的图像如图所示；由图可知，电阻随温度的升高而变大。1 2 3 4 5 6 7 答案(1)A D E(2)如图所示(3)如图所示 变大 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 4某学习小组通过实验来研究电器元件 Z 的伏安特性曲线。他们在实验中测得电器元件 Z 两端的
15、电压与通过它的电流的数据如下表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00 I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215 1 2 3 4 5 6 7 现备有下列器材：A内阻不计的 6 V 电源；B量程为 03 A 的内阻可忽略的电流表；C量程为 00.3 A 的内阻可忽略的电流表；D量程为 03 V 的内阻很大的电压表；E阻值为 010，额定电流为 3 A 的滑动变阻器；F开关和导线若干。1 2 3 4 5 6 7(1)这个学习小组在实验中的电流表应选_(填器材前面的字母)。(2)请你从图中的实验电路图中选出最合理的一个_。
16、A B C D 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7(3)利用表格中数据绘出的电器元件 Z 的伏安特性曲线如图所示，分析曲线可知该电器元件 Z 的电阻随 U 变大而_(填“变大”“变小”或“不变”)；(4)若把电器元件 Z 接入如图所示的电路中时，电流表的读数为0.150 A，已知 A、B 两端电压恒为 2 V，则定值电阻 R0 阻值为_。(结果保留两位有效数字)1 2 3 4 5 6 7 解析(1)由数据表可知，电路中的最大电流为 0.215 A，所以电流表应选择 C；(2)从数据表可知要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；由于电流表与电压表均为理想电表，所
17、以电流表采用外接法和内接法都可，故选 D；1 2 3 4 5 6 7(3)由 I-U 图像可知，图像上的点与原点连线的斜率越来越小，而 I-U 图像中图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故可知元件 Z 的电阻随 U 的变大而变大；1 2 3 4 5 6 7(4)由 I-U 图像可读出电流 I0.150 A 时，对应的电压 U21.00V，所以元件 Z 的电阻为：RZU2I 由电路图可知：R0RZUI 代入数据解得：R06.7。答案(1)C(2)D(3)变大(4)6.7 1 2 3 4 5 6 7 5要描绘一个标有“3 V,0.3 A”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，
18、且尽量减小实验误差。已选用的器材除导线、开关外，还有：电池组(电动势为 4.5 V，内阻约为 1)电流表(量程为 00.6 A，内阻约为 1)电压表(量程为 03 V，内阻约为 3 k)滑动变阻器(最大阻值为 20，额定电流为 1 A)1 2 3 4 5 6 7(1)实验电路应选用下列图中的_(填字母代号)。A B C 1 2 3 4 5 6 7(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图甲所示，其中应该去掉的导线是_(选填相应的字母)。甲 乙 1 2 3 4 5 6 7(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最_端(选填“左”或“右”)。(4)以电压表的读数 U 为横轴，以电流表的读数 I 为
19、纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图乙所示。由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻_(选填“增大”或“减小”)。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)本实验要求小灯泡两端的电压从零逐渐增加，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择 B 电路。(2)由题图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线 b 去掉。1 2 3 4 5 6 7(3)由题图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端。答案(1)B(2)b(3)左(4)增大(4)I-U 图像中图线上的点与坐标原
20、点的连线的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高，小灯泡的电阻增大。1 2 3 4 5 6 7 6某同学研究小灯泡的伏安特性。所使用的器材有：小灯泡 L(额定电压 3.8 V，额定电流 0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 k)；电流表(量程 0.5 A，内阻 0.5)；固定电阻 R0(阻值 1 000)；滑动变阻器 R(阻值 09.0)；电源 E(电动势 5 V，内阻不计)；开关 S；导线若干。1 2 3 4 5 6 7(1)实验要求能够实现在 03.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，在方框内画出实验电路原理图。1 2 3 4 5 6 7(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线
21、如图所示。1 2 3 4 5 6 7 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(填“增大”“不变”或“减小”)。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)电压表量程为 3 V，要求能够实现在03.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻 RLUI 3.80.32 11.875，因RLRARVRL，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示。1 2 3 4 5 6 7(2)由 I-U 图像知，随着电流的增加图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，则灯泡的电阻随电流的增加而增大。答案(1)见解
22、析图(2)增大 1 2 3 4 5 6 7 7某同学用下列器材描绘额定电压为 3.0 V 的小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变化从零开始)。A电流表(0.6 A,1)B电压表(3 V,1 k)C滑动变阻器(10，1 A)D电源(4 V，内阻不计)1 2 3 4 5 6 7 甲 乙 1 2 3 4 5 6 7 丙1 2 3 4 5 6 7(1)请你在图甲的实物连接图中，把还需连接的导线补上。(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，电压表的示数逐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为_。(4)排除故障后，某次测量时电流表的指针位
23、置如图乙所示，其读数为_ A。1 2 3 4 5 6 7(5)小明完成实验后，由实验数据画出小灯泡的 I-U 图像，如图丙中实线所示，由图可确定小灯泡在电压为 2.0 V 时的电阻为_(保留两位有效数字)。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)该实验要求电压从零调节，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于灯泡的电阻很小，因此电流表应采用外接法，由此可连接实物图，如图所示。1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7(2)开始实验之前，要使滑动变阻器的输出电压为零，根据电路图可知滑动变阻器的滑片应置于左端。(3)电压表有示数，说明电压表的两个接线柱和电源的两极连接的电路中无断路；电流表指针几乎不动，说明电路中电阻很大，可能是断路了，故出现这种情况的可能性是小灯泡断路。1 2 3 4 5 6 7(4)本实验中电流表选择 0.6 A 量程，电流表的最小分度为 0.02 A，故指针的示数为 0.25 A。答案(1)见解析图(2)左(3)小灯泡断路(4)0.25(5)11(5)根据灯泡的 I-U 图像可知，当灯泡的电压为 2.0 V 时，灯泡的电流约为 0.185 A，因此此时灯泡的电阻 RUI 2.00.185 11。谢谢观看 THANK YOU!
