1、学案2学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标定位 1.会正确地选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线，掌握分析图线的方法1实验原理用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在IU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2实验器材学生电源(4 V6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.一、实验电路的设计问题设计1如图1是伏安法测电阻的两种电路，什么情况下选择甲图误差比较小？什么情况下选择乙图误差比较小？测量时如何选择呢？图1答案用
2、甲图测量时误差产生的原因是的分流，所以内阻越大或Rx越小，分流越小，测量误差越小，所以当RxRV时误差较小，用乙图测量时误差产生的原因是的分压，所以内阻越小或Rx越大，测量误差越小，所以当RxRA时误差较小具体选择时可用比较法当时，说明RxRA应选择电流表内接法，乙图当时，说明RVRx，应选择电流表外接法，甲图2控制电路有滑动变阻器的限流式接法和分压式接法，如图2甲、乙所示那么什么情况下选择甲图？什么情况下选择乙图？图2答案用甲图测量时UxU，电压不能从零开始调节，用乙图测量时0UxU，电压可以从0开始调节两种接法选择的原则是：(1)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R，须用分压式接法
3、(乙图)；(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法(乙图)；(3)负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，且电压、电流变化不要求从零开始时，可采用限流式接法(甲图)；(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小要点提炼1电流表内、外接法的选择：(1)待测电阻较小时，采用电流表外接法测量误差较小(填“较大”或“较小”)，采用电流表内接法测量误差较大(填“较大”或“较小”)，故此时采用电流表外接法(2)待测电阻较大时，采用电流表外接法测量误差较大(填“较大”或“较小”)，采用电流表内接法测量误差较小(填“较大”或“较
4、小”)，故此时采用电流表内接法2滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的选择：(1)负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，须用分压式接法(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法(3)负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流变化不要求从零开始时，可采用限流式接法(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总能耗较小二、实验步骤1实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图3所示的电路图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)图3(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表
5、、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.(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2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(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线3实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线(2)分析：小灯泡的电阻随温度变化而变化曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡的电阻随温度升高而增大4误
6、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5注意事项(1)因IU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分压式接法(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法(3)画IU图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去例1有一个小灯泡上标有“4 V2 W”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择：A电压表(05 V，内阻10 k)B电压表(015 V，内阻20 k)C电流表(03 A，内
7、阻1 )D电流表(00.6 A，内阻0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A)F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图4中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_.图4(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5中所示的实验器材用实线连接成实物电路图图5解析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，故采用甲图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因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选05 V的A而舍弃015 V的B，小灯泡的额定电
8、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，故舍去小灯泡内阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡的1 250倍，故电流表采用了外接法答案(1)描绘小灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如下图所示例2某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下表所示的一组UI数据：编号12345678U(V)0.200.601.001.401.802.202.603.00I(A)0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205灯泡发光情况不亮微亮逐渐变亮正常发光(1)试在图6上画出UI图
9、线当U1.40 V时，灯泡电压与电流成_比，灯丝电阻_(填“不变”或“变化”)；当U1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度升高而_图6(2)从图线上可以看出，当小灯泡两端电压逐渐地增大时灯丝电阻的变化是_解析(1)根据给出的数据描点，用平滑的曲线连接各点，如图所示，可以看出当U1.40 V时，灯泡电压与电流成正比，灯丝电阻不变；当U1.40 V时，由UI图线可知，图线斜率逐渐增大，故其电阻随温度升高而增大(2)从图线可知，当U1.40 V时，图线斜率基本不变；当U1.40 V时，图线斜率逐渐增大，所以灯丝电阻的变化是开始不变后来逐渐增大答案(1)UI图线见解析图正不变增大(2)开始不
10、变后来逐渐增大图7为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5 V.图7(1)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，_；断开开关，.根据实验数据作出小灯泡的伏安特性曲线(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图答案(1)使它靠近滑动变阻器左端的接线柱记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)见解析图解析(1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡两端的电压应为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱闭合开关后，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
11、表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)与实物电路相应的电路图如图所示1.为探究小灯泡L的伏安特性曲线，连好如图1所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的UI图像应是下图中的()图1 答案C解析小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高，导致灯丝电阻R增大，所以UI图线的斜率增大，故C项正确2在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，所用器材有：小灯泡L、量程恰当的电流表和电压表、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等，要求小灯泡两端电压从0开始变化(1)实验中滑动变阻器应采用_接法(填“分压”或“限流”)(2)某同
12、学已连接如图2所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正图2_._.答案(1)分压(2)电键S不应闭合，应处于断开状态滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端3在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：A小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”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05 V，内阻约为5 kE滑动变阻器：阻值范围010 ，额定电流2 AF电池组：电动势6 V，内阻约为1 G开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐
13、渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选_(填器材前选项)(2)根据你选用的实验电路，将图3所示的器材连成实物电路图3答案(1)B(2)见解析图解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示4用如图4甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验小灯泡标有“6 V,3 W”的字样，铅蓄电池的电动势为 8 V，滑动变阻器有两种规格：R1标有“5 2 A”，R2标有“100 20 mA”各电表的量程如图甲所示测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，
14、并测多组数据图4(1)滑动变阻器应选用_；(2)用笔画线代替导线，把图甲中的实物连成实验电路(有部分连线已接好)；(3)测量时电压表示数如图乙所示，则U_ V；(4)某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的IU图像分析图像不是直线的原因：_.答案(1)R1(2)实验电路如图所示(3)4.0(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大解析(1)由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用R2，滑动变阻器中的电流会超过 20 mA，故选R1.(2)实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压接法(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯
15、丝的电阻(或电阻率)变大5如图5甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图(1)为了通过测量得到如图甲所示IU关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图_，简要说明理由：_.(电源电压为9 V，滑动变阻器的阻值为 0100 )(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1250 .由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_ .甲 乙 丙丁图5答案(1)乙图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压(2)5.2111.8解析(1)题图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两
16、端的电压可以从零调到所需电压，从而能够得到完整的IU图线，故选图乙(2)通过R1的电流为I1 A36 mA，通过热敏电阻的电流I2II1(7036) mA34 mA，由题图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2 V，电阻R2 111.8 .6在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：小灯泡L，“3.8 V,0.3 A”电压表V，量程05 V，内阻5 k电流表A1，量程0100 mA，内阻4 电流表A2，量程0500 mA，内阻0.4 滑动变阻器R1，最大阻值10 ，额定电流1.0 A滑动变阻器R2，最大阻值5 ，额定电流0.5 A直流电源E，电动势约为6 V，内阻约为0.5 (
17、1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在IU坐标系中，描绘出如图6所示的小灯泡的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)()图6答案(1)R1A2(2)见解析图(3)BD解析(1)本题滑动变阻器采用分压式接法，通常应当选用最大阻值小的滑动变阻器，但本题中如果选用R2，则电路中的电流会超过R2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R1.电流表A1的量程太小，故电流表应当选择A2.(2)电路如图所示，由于电压要从0开始调，滑动变阻器用分压式接
18、法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法(3)随着通过小灯泡电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P知B图正确，由PI2R知D图正确7在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图7所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后：图7(1)闭合开关后，若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路(2)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图8中的(a)、(b)、(c)所示，下列说法正确的是()图8Aa可以作为标准电阻使用Bb能作为标准电阻使用Cb的阻值随电压升高而增大Dc的阻值随电压升高而增大答案(1)g(2)AC解析(1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路(2)因a元件的IU线是直线，说明电阻不随电压的变化而变化，故可作为标准电阻使用，故A对，B错因IU线上的点与原点的连线的斜率倒数表示电阻值，故C对，D错选A、C.