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1、学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 学科素养与目标要求 物理观念：掌握电表的读数方法 科学探究：通过实际操作培养学生的动手能力与科学探究精神 科学思维 ： 1.能在实验中正确选择滑动变阻器的两种接法与电流表的内接法、外接法.2.能根 据需要正确选择电表或量程.3.会根据所得的实验结果分析小灯泡的伏安特性曲线， 并进行相 关计算 一、电压表、电流表的读数方法 1首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或电流值 2根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位 数 3按照指针的实际位置进行读数 4(1)03V 的电
2、压表和 03A 的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是 0.1V 和 0.1A， 读到 0.1 的下一位，即读到小数点后面两位 (2)对于 015V 量程的电压表，精确度是 0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读 到 0.1V. (3)对于 00.6A 量程的电流表，精确度是 0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这 时要求“半格估读” ，即读到最小刻度的一半 0.01A. 举例：如图 1 为电流表和电压表的刻度盘 图 1 甲图中，电流表使用 0.6A 量程时，刻度盘上的每一小格为 0.02A，表针示数为 0.44A；当使 用 3A 量程时，每一小格为 0.1A，表针示数为
3、 2.20A. 乙图中，电压表使用 3V 量程时，每一小格为 0.1V，表针示数为 1.70V； 使用 15V 量程时，每 一小格为 0.5V，表针示数为 8.5V. 二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用 1电流表的内接法和外接法 (1)电路图(如图 2 所示) 图 2 (2)误差分析 内接法：U测URx，R测R真，适合测量大电阻 外接法：I测IRx，R测R真，适合测量小电阻 (3)电流表内、外接法的选择 当，即Rx时，用电流表外接法 RV Rx Rx RA RARV 当，即Rx时，用电流表内接法 Rx RA RV Rx RARV 2滑动变阻器的限流式与分压式接法 (1)电路图(如图 3 所示
4、) 图 3 (2)分压式和限流式电路的选择原则 若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从 一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路 若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电 阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程， 或超过待测电阻的额定电流(或电压)， 则此时必须选用分压式电路 (3)说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单， 能耗低 三、测绘小灯泡的伏安特性曲线 1实验原理 用电流表
5、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，即得小灯泡的伏安特性曲线， 电路图如图 4 所示 图 4 2实验器材 学生电源(46V 直流)或电池组、小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、滑动变阻器、 电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸 3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 4 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) (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
6、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 4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)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线 5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，即随电压的增大，曲线上的 点与原点的连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大 6注意事项 (1)因IU
7、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，个别偏离较远的点应舍去 一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择 例 1 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，选择“3V 0.5A”的小灯泡作为研究对象， 请回答下面几个问题： (1)下列实验器材中应选择_(填入器材序号) A电流表(量程 00.6A, 内阻约 1) B电流表(量程 03A，内阻约 1) C电压表(量程 015V，内阻约 10
8、k) D电压表(03V，内阻约 2k) E滑动变阻器(阻值 01000) F滑动变阻器(阻值 010) G电源E6V H开关 S，导线若干 (2)在本实验中，滑动变阻器应采用_(填“分压”或“限流”)接法，电流表应采用 _(填“内”或“外”)接法 (3)在方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图 5 中的器材连接成可供实验的电路 图 5 答案 (1)ADFGH (2)分压 外 (3)见解析图 解析 (1)灯泡额定电流为 0.5A，电流表选择 A； 灯泡额定电压为 3V，电压表选择 D； 为方便 实验操作， 滑动变阻器应选择 F； 实验还需要电源、 开关与导线， 故需要的实验器材为 ： AD
9、FGH ； (2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法 ； 由 于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法； (3)滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示： 根据电路图连接实物图，如图乙所示： 二、实验数据处理 例 2 图 6 甲为“测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 3V. 图 6 (1)在图乙方框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
10、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据在图丙方格纸上作出小灯泡的伏安 特性曲线. 编号12345678 U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00 I/A0.020 0.06 0 0.1000.1400.1700.1900.2000.205 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) 答案 (1)见解析图 (2)左 见解析
11、图 (3)先不变， 后逐渐增大 增大 14.6 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IU图线如图(b)所示 (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 根据IU图线可得电压U3V 时，I0.205A， 所以小灯泡正常工作时的电阻约为R 3 0.205 14.6. 学科素养 通过选择电表、选择电路、选择量程、实物连线、数据处理等，既锻炼了学生 应用所学知识处理问题的能力，又提高了学生获取、处理信息和基
12、于证据得出结论并做出解 释的能力，体现了“科学思维”和“科学探究”的学科素养. 1分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中. 电表所选量程测量值 015V 03V 03A 00.6A 答案 11.0V 2.20V 0.80A 0.16A 解析 015V 的最小分度为 0.5V，读数为 11.0V； 03V 的最小分度为 0.1V，读数为 2.20V； 03A 的最小分度为 0.1A，读数为 0.80A； 00.6A 的最小分度为 0.02A，读数为 0.16A. 2(2018山师附中期末)现要测定一个额定电压为 3V、额定功率为 1.2W 的小灯泡的伏安特 性曲线，要求所测电压范围为
13、 03V现有器材： 直流电源E(电动势 4.5V，内阻不计) 电压表 V1(量程 3V，内阻约为 3k) 电压表 V2(量程 15V，内阻约为 15k) 电流表 A1(量程 200mA，内阻约为 2) 电流表 A2(量程 400mA，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)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_(填写“V1” 或“V2”)，选用的电流表是_(填写“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 答案 (1)V1 A2 (2)见解析图 解析 (1)灯泡的额定电压为 3V，则电压表
14、选 V1；小灯泡的额定电流I 0.4A400mA， P U 故电流表应选量程为 400mA 的 A2； (2)小灯泡的电阻R7.5，由于RRV，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式 U2 P 接法，电路图如图： 3(2017南通、扬州、泰州、淮安四市第三次模拟考试)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 6V，额定电流 600mA) B电流表(量程 00.6A，内阻约为 0.5) C电流表(量程 03A，内阻约为 0.1) D电压表(量程 06V，内阻约为 10k) E滑动变阻器R1(010，2A) F滑动变阻器R2(0100，1.5A) G直流电源E(约
15、6V) 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) (2)请用笔画线代替导线，将图 7 甲电路连接完整 图 7 (3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向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_ 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 解析 (1)由于小灯泡的额定电流为 600mA0.6A， 因此电流表选用； 由于滑动变阻器采用 分压接法，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
16、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路 1(2018滨州市期末)有一灯泡上标有“2.5V 1.5W”字样，现要测绘该灯泡的伏安特性曲 线，有下列器材可供选用： A电压表(03V，内阻 1.0k) B电压表(015V，内阻 3.0k) C电流表(03A，内阻 1.0) D电流表(00.6A，内阻 3.5) E滑动变阻器(最大阻值为 5，2A) F滑动变阻器(最大阻值为 1000，0.5A) G学生电源(直流 6V)及开关、导线等 (1)实验中所用的电压表应选_，电流表应选_，
17、滑动变阻器应选_(选 填器材前面的字母) (2)本实验要求电压从零开始测量，所以下列电路图中正确的为_ 答案 (1)A D E (2)B 2 (2018聊城市期末)某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5V 1.2W)的伏安特性曲线， 有下 列器材供选用： A电压表(03V，内阻 6k) B电压表(015V，内阻 30k) C电流表(03A，内阻 0.1) D电流表(00.6A，内阻 0.5) E滑动变阻器(010，5A) F滑动变阻器(01k，0.1A) G电源(3V，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_(用序号 字母表示) (2)如图 1
18、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，要求实验误差尽可能的小 图 1 (3)下表中的数据是该小组在实验中测得的， 请在图 2 坐标纸上补齐未画出的数据点， 用 “” 表示， 并绘出IU图线 根据IU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 图 2 答案 (1)A D E (2)如图所示 (3)如图所示 变大 3图 3 是小组同学在做“测绘小灯泡
19、的伏安特性曲线”实验的实物连接图 图 3 (1)根据实物连接图在虚线框中画出实验电路图； (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图 4 中的、所示，电流 表量程为 0.6A，电压表量程为 3V读数为：_、_、_、 _.两组数据得到的电阻分别为_和_ 图 4 答案 见解析 解析 (1)由实物连接图可知电路图如图所示 (2)电流表量程为0.6A时， 最小分度为0.02A， 读数读到小数点后两位， 所以表示数为0.10A， 表示数为 0.24A；电压表量程为 3V，最小刻度为 0.1V，应估读到 0.01V，所以表示数为 2.00V，表示数为 0.28V灯泡两端电压小，电流就小，故为同
20、一组数据，为另一 组数据，根据欧姆定律R18.3，R22.8. U1 I1 2.00V 0.24A U2 I2 0.28 0.10 4一个小灯泡上标有“4V 0.5A”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(05V，内阻约 10k) B电压表(015V，内阻约 20k) C电流表(03A，内阻约 1) D电流表(00.6A，内阻约 0.4) E滑动变阻器(10，2A) F滑动变阻器(500，1A) G电源(直流 6V)、开关、导线若干 图 5 (1)实验时，选用图 5 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
21、_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(用字母 序号表示) (3)把图 6 所示的实验器材用实线连接成实物电路图 图 6 答案 (1)甲 描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始 (2)A D E (3)如图所示 5 要测绘额定电压为 2V 的常用小灯泡的伏安特性曲线， 所供选择的器材除了导线和开关外， 还有以下一些器材可供选择： A电源E(电动势 3.0V，内阻可不计) B电压表 V1(量程为 03.0V，内阻约 2k) C电压表 V2(015.0V，内阻约 6k) D电流表 A1(00.6A，内阻约 1) E电流表 A2(0100mA，内阻约 2) F滑动变阻器R1(最大值 10) G滑动变阻器R
22、2(最大值 2k) (2)为减小实验误差，实验中电压表应选择_，电流表应选择_，滑动变阻器应 选择_(填各器材的字母序号) (2)为提高实验精度，请你设计实验电路图，并画在下面的虚线框中 (3)实验中测得一组数据如下表所示， 根据表格中的数据在图 7 中方格纸上作出该灯泡的伏安 特性曲线 I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50 U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00 图 7 (4)该小灯泡在额定电压下的电阻是_. 答案 (1)B D F (2)见解析图 (3)见解析图 (4)4 解析 (1)由题意及表中数据知小灯泡额定电压为 2V，额定电流为 0.5A，故电压表应选 B， 电流表应选 D；又描绘伏安特性曲线要求电流从零开始调节，故变阻器应用分压式接法，应 选阻值小的变阻器 F. (2)由于小灯泡电阻较小，满足，电流表应用外接法，变阻器应采用分压式接法，电路 RV Rx Rx RA 图如图甲所示： (3)小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示： (4)电压为 2V 时，电流为 0.5A，则R 4. U I 2 0.5