实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

学案5学案5实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线[学习目标定位]1.会正确选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5知识·储备区1．欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的_____成正比，跟导体的_____成反比．2．串联电路各处的电流_____，总电压等于______________之和，总电阻等于________________之和．3．并联电路的总电流等于________________之和，总电压与____________相等，总电阻的倒数等于各支路电阻的________之和．电压电阻相等各部分电路电压各部分电路电阻各支路电流各支路电压倒数本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5知识·储备区4．实验原理由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升高而_____，因此灯丝的电阻随温度的升高而_____．由R＝UI得，在I－U坐标系中，图线上点与原点连线的斜率等于电阻的_____，故画出的小灯泡的I－U图线为曲线．5．实验器材学生电源(4～6V直流)或电池组、小灯泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、_____________、电压表、________、开关、导线若干、铅笔、坐标纸．增大增大倒数滑动变阻器电流表本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区一、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________，按图1所示的电路图连接好________．(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量程实物图本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区(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________和电流I.(3)用同样的方法测量并________几组U和I，填入下表.次数12345678电压U/V电流I/A(4)断开________，整理好器材．电压U记录开关本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区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：小灯泡灯丝的伏安特性曲线是曲线的原因是小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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区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．(3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区5．注意事项(1)本实验要作I－U图线，要求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，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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区二、电流表内、外接法的选择[问题设计]1．电压表、电流表都是由小量程的电流表改装而来，电压表的内阻不是无穷大，电流表的内阻不是零，用伏安法测量电阻R，电表的内阻对测量结果是否有影响？答案有影响．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区2．请画出电压表、电流表测电阻的电路，分析电路中电流表、电压表对测量结果的影响．答案见要点提炼．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区[要点提炼]1．电流表外接法：如图2甲所示，由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由R＝UI可知，R测R真，R越小，电压表分流越小，误差越小，因此这种接法适合测小电阻．甲乙图2本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区2．电流表内接法：如图乙所示，由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大．由R＝UI得R测R真，R越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区三、滑动变阻器的两种接法1．滑动变阻器两种接法的比较接法项目限流式分压式电路组成本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区变阻器接入电路的特点连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈一端的接线柱(图中变阻器Pa部分短路不起作用)连接变阻器的导线分别接金属杆一端和电阻线圈的两端的接线柱(图中变阻器Pa、Pb都起作用，即从变阻器上分出一部分电压加到待测电阻上)调压范围ERxR＋Rx～E(不计电源内阻)0～E(不计电源内阻)本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区2.选用两种接法的原则(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；(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调起时，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．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区例1如图3所示，滑动变阻器R1的最大值是200Ω，R2＝R3＝300Ω，A、B两端电压UAB＝8V.(1)当开关S断开时，移动滑片P，R2两端可获得的电压变化范围是多少？图3(2)当开关S闭合时，移动滑片P，R2两端可获得的电压变化范围又是多少？本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区解析(1)当开关S断开时，滑动变阻器R1为限流式接法，R3及R1的下部不接在电路中，当滑片P在最上端时，R2上获得的电压最大，此时R1接入电路的电阻为零，因此R2上的最大电压等于UAB＝8V．当滑片P在最下端时，R1的全部与R2串联，此时R2上的电压最小，UR2＝R2R1＋R2UAB＝4.8V，所以R2上的电压变化范围为4.8V～8V.本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区(2)当开关S闭合时，滑动变阻器R1为分压式接法，当滑片P在最下端时，R2上的电压最小，此时R2与R3并联，再与R1的全部串联，R2与R3的并联电阻R′＝R22＝150Ω，电压为U′＝R′R1＋R′UAB＝150200＋150×8V＝3.43V，当滑片P在最上端时，R2上的电压最大等于UAB＝8V，所以R2上的电压范围为3.43V～8V.答案(1)4.8V～8V(2)3.43V～8V本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区例2(2012·安徽·21Ⅱ)图4为“测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2.5V.图4(1)完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，______________；②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，____________；本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区③断开开关，…….根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．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，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压．本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区学案5学习·探究区(2)与实物电路相应的电路图如图所示．答案(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱②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(2)见解析图本学案栏目开关知识·储备区学习·探究区