第2章 第5节 实验：描绘I-U特性曲线（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（教科版2019）

[对应学生用书P67] 1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式． 2．掌握伏安特性曲线的描绘方法． 3．理解小灯泡的I­U特性曲线为什么是曲线． 1．用电流表测出通过小灯泡的电流，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． 2．电流表外接：小灯泡的电阻较小，如果电流表内接，误差较大；滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连接变化，实验电路如图． 小灯泡(3.8 V，0.3 A)或(2.5 V，0.6 A)一个、电压表(0～3 V)或(0～15 V)与电流表(0～0.6 A)或(0～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)一个、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔． 1．电路连接：确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按上图的原理图连接好实验电路． 2．开关闭合：把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S. 3．数据测量：移动滑动变阻器滑片位置，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．测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S. 1．在坐标纸上以U为横轴，以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I­U特性曲线． 1．系统误差：由于采用的是电流表外接法，电流表的测量值大于通过小灯泡的电流的真实值． 2．偶然误差 (1)电压表、电流表读数时存在误差． (2)在坐标纸上描点、作图时存在误差． [对应学生用书P68] 某物理兴趣小组发现有一个灯泡上标有“3.8 V　0.3 A”字样，现该小组要测绘该灯泡的I­U特性曲线，有下列器材可供选用： A．电压表(量程为0～5 V，内阻为5.0 kΩ) B．电压表(量程为0～10 V，内阻为10.0 kΩ) C．电流表(量程为0～500 mA，内阻为4.0 Ω) D．电流表(量程为0～6 A，内阻为1．5 Ω) E．滑动变阻器(10 Ω，1．0 A) F．滑动变阻器(1 kΩ，0.5 A) G．学生电源(电压约为6 V，内阻不计)及开关、导线等 (1)实验中所用的电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(填器材的代号) (2)画出实验电路图，要求电压从零开始． Ｋ (3)该小组描绘出的I­U图像应是图中的________． 　 解析　(1)电压表的最大测量值应大于灯泡的额定电压3.8 V，且使实验中指针偏转尽量大些，故电压表应选A；同理，由于灯泡的额定电流为0.3 A，故电流表应选C；由题目要求可知，滑动变阻器采用分压式接法，故应选最大电阻较小的滑动变阻器E. (2)灯泡正常发光时的电阻R＝＝ Ω≈12.67 Ω，R≪，故电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示． (3)灯泡的电阻随着温度的升高而变大，所以B正确． 答案　(1)A　C　E　(2)见解析　(3)B [训练1]　某化学电池的电压为1．5 V．利用四个这样的化学电池串联构成的电池组作为电源做描绘小灯泡的U­I关系图线的实验，实验中用的小灯泡上标有“4 V　2 W”的字样，实验室还有下列器材供选用： A．电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ) B．电压表(0～10 V，内阻约为20 kΩ) C．电流表(0～0.3 A，内阻约为1 Ω) D．电流表(0～0.6 A，内阻约为0.4 Ω) E．滑动变阻器(0～10 Ω，允许通过的最大电流为2 A) F．开关、导线若干 (1)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________.(填器材的代号) (2)实验时要求尽量减小实验误差，测量电压从零开始多取几组数据，请将图中实物连接成满足实验要求的测量电路． 解析　(1)电表量程应略大于小灯泡的额定值，故电压表应选择 A；小灯泡的额定电流I＝＝0.5 A，故电流表应选择D． (2)测量电压从零开始多取几组数据，则滑动变阻器采用分压式接法，因灯泡内阻较小，故应采用电流表外接法，实物图如图所示． 答案　(1)A　D　(2)见解析 要测绘额定电压为2 V的小灯泡的I­U特性曲线，所供选择的除了导线和开关外，还有以下一些器材： A．电源E(电压为3.0 V，内阻不计) B．电压表V1(量程0～3.0 V，内阻约2 kΩ) C．电压表V2(量程0～15.0 V，内阻约6 kΩ) D．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约1 Ω) E．电流表A2(量程0～100 mA，内阻约2 Ω) F．滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)