【新步步高】2014-2015学年高中物理 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线学案(含解析)粤教版选修3-1.doc

学案3　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． 2．实验器材 学生电源(4 V～6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、 导线若干、铅笔、坐标纸． 3．测小灯泡伏安特性曲线的电路图： 一、电流表的内接法和外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差原因 电流表的分压 电压表的分流测量值和真实值的比较 R测＝＝Rx＋RA 测量值大于真实值 R测＝＝ 测量值小于真实值 适用于测量 测大(填“大”或“小”)电阻或 测小(填“大”或“小”)电阻或 二、滑动变阻器的两种接法比较 接法项目 限流式 分压式 电路组成 变阻器接入电路的特点 采用“一上 一下”的接法 采用“两下一 上”的接法 调压范围 ～E (不计电源内阻) 0～E (不计电源内阻)适用情况 待测电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起 (1)要求待测电阻上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调 (2)待测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R 三、实验过程 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1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1 (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. (3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表. 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 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：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线． (2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化．曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大． 4．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． 5．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I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，以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，个别偏离较远的点应舍去． 例1　有一个小灯泡上标有“4 V　2 W”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(0～5 V，内阻10 kΩ) B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ) C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω) D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω) E．滑动变阻器(10 Ω，2 A) F．滑动变阻器(500 Ω，1 A) G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 (1)实验时，选用图2中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 图2 (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3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图． 图3 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0～5 V的A而舍弃0～15 V的B，因15 V的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流I＝0.5 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 Ω，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．小灯泡内阻为电流