2019-2020学年高中物理 第二章 直流电路 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件 教科版选修3-

第二章直流电路实验描绘小灯泡的伏安特性曲线01实验认知导学02实验核心解读03典例探究剖析04课后达标检测一、实验目的1．测绘小灯泡的伏安特性曲线．2．分析伏安特性曲线的变化规律．二、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图像中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来，就可以得到小灯泡的伏安特性曲线．三、实验器材小灯泡(3.8V0.3A)一个，电压表(0～3V～15V)、电流表(0～0.6A～3A)各一个，滑动变阻器(20Ω)一个，学生低压直流电源(或电池组)，开关一个，导线若干，坐标纸，铅笔．一、实验步骤1．实验电路的确定(1)电流表的内、外接法：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表的外接法．(2)滑动变阻器的接法：测绘小灯泡的伏安特性曲线，需要从坐标原点开始的连续变化的电压，因此滑动变阻器要采用分压式连接．(3)电路如图所示．2．按图连接好实验电路连接电路时要注意以下几个方面：3．把滑动变阻器的滑片C调节到A端，经检查无误后，闭合开关S.4．移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右的不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格.U/V00.20.40.60.81.01.2I/A0U/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A5.拆除实验电路，整理实验器材．二、数据处理1．在坐标纸上以U为横轴I为纵轴，建立坐标系．2．在坐标纸上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．三、误差分析1．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，电流表外接，则电流表示数偏大．2．测量时，读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．四、注意事项1．实验前应先检查电流表、电压表是否指零，不指零时要先转动定位螺丝使指针指零．2．实验过程中，电压表量程变更：U3V时采用0～3V量程，当U3V时采用0～15V量程．3．读数时，视线要与刻度盘垂直，力求读数准确．4．当电压接近灯泡额定电压值时，一定要慢慢移动滑动变阻器滑片位置，注意电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压．5．两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸，且数据点连接时不能连成折线，误差大的点应当舍去．类型一实验原理及器材的选取[例1]有一个小灯泡标有“6V0.6W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小灯泡的I－U图线，有下列器材可供选用：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～10V，内阻20kΩ)C．电流表(0～0.3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(30Ω，2A)F．学生电源(直流9V)，还有开关和导线(1)实验中电压表应选________，电流表应选________．(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽可能减小，画出符合要求的实验电路图．[解析](1)电流表、电压表的选择：由小灯泡的规格可知其额定电压为U1＝6V，额定电流为I1＝0.1A，在额定电压下的电阻为R1＝60Ω.为了安全，小灯泡两端所加电压不能越过6V(通过小灯泡的电流不能超过0.1A)，要描绘I－U图线，其电压变化范围应在0～6V之间．因此电压表应选择B，电流表应选择C.(2)电流表内外接法的选择：由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将引起系统误差，本实验中小灯泡在额定电压下的电阻为R1＝60Ω，R1≪RV，为了减小误差，应当用电流表外接法．控制电路的选择：本题中若采用限流式接法，其电路中的最小电流是Imin＝0.1A，显然不符合实验要求，且实验数据应包括电压在零附近的数值，故只能用分压式接法．实验电路图如图所示．[答案](1)BC(2)图见解析选择仪器的一般步骤根据实验要求设计合理的实验电路；根据电路选择滑动变阻器；根据电源参数估算电流和电压可能的最大值，以此选择电流表和电压表．类型二实验数据的处理[例2]某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如表所示的一组数据：序号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205灯泡发光情况不亮微亮较亮正常发光(1)试在坐标系上画出U­I图线，当U1.40V时，灯丝电压与电流成________比，灯丝电阻________；当U＞1.40V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度的升高而________．(2)从图线上可以看出，当小灯泡两端的电压逐渐增大时灯丝电阻的变化是______________________．(3)实验结果表明，导体的电阻随温度的升高而________．[思路点拨]解答本题时可据以下思路分析：描点、连线―→找出规律―→分析电阻的变化[解析](1)根据给出的数据在坐标系中描点．用平滑的曲线连接各点，可以看出当U＜1.40V时，小灯泡的电流与电压成正比，灯丝电阻不变；当U＞1.40V时，由U­I图线可知，图线的斜率逐渐增大，故其电阻随温度的升高而增大．(2)由U­I图线可知，当U＜1.40V时，图线的斜率基本不变；当U＞1.40V时，图线上某点与原点连线的斜率逐渐增大，所以灯丝电阻开始不变后来逐渐增大．(3)从图线上某点与原点连线的斜率可知导体的电阻随温度的升高而增大．[答案](1)U­I图线如图所示正不变增大(2)开始不变后来逐渐增大(3)增大正常情况下，小灯泡的电阻应该是随着温度的升高逐渐变大．