第2章 第5节 实验：描绘I-U特性曲线（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第5节　实验：描绘I-U特性曲线 实验目的 1．描绘小灯泡的I-U特性曲线。 2．学习设计测量电路与控制电路。 实验原理与设计 1．原理：测量多组U、I值，绘制I-U图像，由图像反映电流与电压的关系。 2．电路图与实物图 实验器材 小灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表、学生电源、开关、导线。 实验步骤 1．连线路：按电路原理图连接电路，注意电压表、电流表量程合适，闭合开关前检查滑动变阻器滑片位置正确。 2．测量与记录：接通电路，调节滑动变阻器滑片，逐渐增大小灯泡两端的电压，测量并记录对应的电压、电流，测量并记录多组U、I值。 3．作I-U图像：描点准确，用平滑曲线连接。 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．在坐标纸上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，得到小灯泡的伏安特性曲线。 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，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。 注意事项 1．电流表应采用外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。 2．滑动变阻器应采用分压式连接：本实验要作出I-U图像，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法。 3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应置于使小灯泡分得的电压为零的位置。测量时加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。 　　实验原理与操作 [典例]　某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡(6.3 V,0.15 A)，直流电源(9 V)，滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。 (1)根据图1，完成图2中的实物连线。 (2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是________(单项选择，填正确答案标号)。 A．电流表短路 B．滑动变阻器的滑片接触不良 C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端 (3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U图像，其中一部分如图3所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为________Ω(保留三位有效数字)。 [解析]　(1)电流表负极与滑动变阻器的上接线柱连接，如图所示。 (2)开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；滑动变阻器的滑片开始时置于b端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确。 (3)根据小灯泡的伏安特性曲线可知在P点时的电压和电流分别为U＝2 V，I＝74 mA 根据闭合电路的欧姆定律I＝可知，小灯泡的电阻为 R＝＝ Ω≈27.0 Ω。 [答案]　(1)见解析图　(2)C　(3)27.0 　数据处理与误差分析 [典例]　某学习小组欲描绘小灯泡(3 V，1.5 W)的U-I图线，可选用的实验器材如下： A．电池组：电动势约为4.5 V，内阻可不计； B．双量程的电压表： V1：量程3 V，内阻约为3 kΩ； V2：量程15 V，内阻约为15 kΩ； C．双量程的电流表： A1：量程0.6 A，内阻约为1 Ω； A2：量程3 A，内阻约为0.1 Ω； D．滑动变阻器R：阻值范围0～10 Ω，允许通过的最大电流为2 A； E．开关S，导线若干。 在尽量提高测量精度的情况下，请回答下列问题： (1)根据以上器材，用笔画线代替导线将实物图1连接成完整电路。 (2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到________(选填“A”或“B”)端。 (3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如表所示，请在图2所示的坐标纸上画出小灯泡的U-I图线。 组数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0 0.28 0.58 0.92 1.50 2.00 3.00 I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.45 0.49 (4)根据U-I图线可得小灯泡在常温下的电阻约为______Ω(结果保留两位有效数字)。 [解析]　 (1)本实验应采用滑动变阻器分压接法以获得多组数据，同时由于小灯泡内阻较小，应采用电流表外接法以减小误差，故连线如图甲所示。 (2)由图甲可知测量电路与滑动变阻器的左侧并联，为了让小灯泡两端的电压值从零开始调节，开始时滑片应移到A端。 (3)根据描点法可得出对应的U-I图线如图乙所示。 (4)在U-I图线过原点时小灯泡最接近常温，在图乙中作出U-