第2章 学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(教科版)

学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 [学习目标]　1.[物理观念]理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择．　2.[物理观念]理解滑动变阻器的两种接法，能正确地应用．　3.[科学探究]学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法． 一、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． 二、实验器材 学生电源(4～6 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． 三、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，按如图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、电压表有明显的示数，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． 四、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． 五、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． 六、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．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝． 4．I­U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差． 5．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关． 6．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】　在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，供选择的实验仪器如下： 器材 规格 器材 规格 小灯泡 标有“3.8 V 0．3 A”字样 滑动变阻器R1 最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A 电压表 V 量程0～5 V，内阻约5 kΩ 滑动变阻器R2 最大阻值1 kΩ，额定电流0.5 A 电流表 A1 量程0～100 mA，内阻约4 Ω 直流电源E 电动势约6 V，内阻约0.5 Ω 电流表 A2 量程0～500 mA，内阻约0.4 Ω 导线、开关等 (1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．(填器材代号) (2)在下图中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路． 解析：(1)为方便实验操作，滑动变阻器应选R1；灯泡额定电流为0.3 A＝300 mA，电流表应选A2. (2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡正常发光时的电阻R＝ Ω＝12.67 Ω，电压表内阻为5 kΩ，电流表内阻为0.4 Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示． 答案：(1)R1　A2　(2)见解析 【例2】　图为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为3 V. (1)在方框图中画出与实物电路相应的电路图． (2)完成下列实验步骤 ①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，应停留在滑动变阻器________端；(选填“左”或“右”) ②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，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； ③断开开关，整理好实验器材．根据实验数据在图中作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线． 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 灯泡发 光情况 不亮　　微亮　　逐渐变亮　　正常发光 (3)数据分析 ①从图线上可以得出