第二章 5 实验：描绘I-U特性曲线-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（教科版2019）

5．实验：描绘I­U特性曲线 1．知道什么是I­U特性曲线，知道线性元件与非线性元件的区别。2.会通过实验得出数据，并用图像法处理实验数据，描绘I­U特性曲线。3.会运用I­U特性曲线对电学元件进行分析。 一　实验设计 1．测量电路：用电流表测量通过小灯泡的电流，用电压表测量小灯泡两端的电压。由于小灯泡的电阻远小于电压表的内阻，实验时采用电流表外接法。 2．控制电路：利用两节干电池作为电源，使用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流和它两端的电压。实验时，我们希望小灯泡两端的电压在零至额定电压之间变化，因此控制电路中滑动变阻器采用分压接法。 3．实验电路图 二　实验器材 电压表、电流表、干电池(两节)、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸。 三　实验操作 1．如图甲所示连接电路。2.将滑动变阻器的滑片P置于A端，使小灯泡L两端的电压为零，检查电路无误后，闭合开关S。 3．将滑片P逐渐向B端移动，让电压表每次读数的变化量相等，直到达到小灯泡的额定电压。读出若干组电压表的示数U及相应的电流表的示数I，记录在下面的表格中。 U/V I/A 4.断开开关S，拆除电路，整理器材。 5．如图乙所示，在坐标纸上建立平面直角坐标系。以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，根据实验得到的数据在坐标系上描点，并用平滑曲线连接起来，便得到小灯泡的I­U特性曲线。 探究　测量过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图所示为描绘小灯泡I­U特性曲线的实验电路图，由图可知，电流表采用了何种接法？为什么要采用这种接法？ 提示：外接法。由于小灯泡的电阻远小于电压表的内阻。 活动2：滑动变阻器采用了何种接法？为什么要采用这种接法？ 提示：分压接法。实验时，我们希望小灯泡两端的电压在零至额定电压之间变化。 活动3：在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于哪一端？开关S闭合后，滑片P向哪侧移动，同时观察哪一块电表？ 提示：开关S闭合前，将滑动变阻器的滑片P置于A端，使小灯泡L两端的电压为零。开关S闭合后，将滑片P逐渐向B端移动，同时观察电压表，让电压表每次读数的变化量相等，直到达到小灯泡的额定电压。 探究　分析数据·得出结论 活动1：本实验是通过什么方法来处理实验数据的？请详述。 提示：图像法。在坐标纸上建立平面直角坐标系。以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，根据实验得到的数据在坐标系上描点，并用平滑曲线连接起来，便得到小灯泡的I­U特性曲线。 活动2：根据实验数据描绘的图线有什么特点？为什么会出现这种情况？ 提示：小灯泡的I­U特性曲线并不是直线。原因是灯丝电阻随温度变化而变化。 活动3：我们如果要通过实验描绘一个定值电阻的I­U特性曲线，要求加在定值电阻两端的电压不要太大，每次通电时间要尽可能短，读数完毕立即切断电源。这样做的目的是什么？ 提示：我们通过实验描绘定值电阻的I­U特性曲线时，由于所加电压不太高，通过的电流不太强，而且每次通电时间很短，其温度可以认为保持不变，或者变化不大，从而由于温度的变化而引起的电阻改变可以忽略，因此其I­U特性曲线是一条直线，也正因为如此，才称其为“定值电阻”。 活动4：实验中有哪些误差？分别来源于哪里？ 提示：(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。 (2)测量时读数带来误差。 (3)在坐标纸上描点、作图带来误差。 探究　典例探究·提升能力 例　在“描绘小灯泡的I­U特性曲线”实验中，小灯泡的额定电压为2.5 V，额定电流为0.2 A，此外还有以下器材可供选择： A．直流电源：两极间电压为3 V B．直流电流表A1：量程0～300 mA，内阻约为5 Ω C．直流电流表A2：量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω D．直流电压表V：量程0～3 V，内阻约为3 kΩ E．滑动变阻器R1：阻值范围0～100 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器R2：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A G．导线和开关 实验要求：滑动变阻器便于调节，小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。 (1)实验中电流表应选用________(填写仪器前的字母)。 (2)在图甲所示的虚线框中画出符合要求的实验电路图(虚线框中已将所需的滑动变阻器画出，请补齐电路的其他部分，要求滑片P向b端滑动时，灯泡变亮)。 (3)根据实验数据，画出小灯泡的I­U图线如图乙所示。由此可知，当电压为0.5 V时，小灯泡的灯丝电阻是________Ω。 [规范解答]　(1)小灯泡的额定电流为0.2 A＝200 mA，故电流表应选B。 (2)因为小灯泡的电阻远