2018-2019学年鲁科版高中物理选修3-1（课件+检测）：第3章 实验2：描绘小灯泡的伏安特性曲线 (2份打包)

实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线 [学习目标]　1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.会正确选择实验器材和实验电路.3.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法． [知识探究] 一、实验原理和方法 1．实验电路：小灯泡的电阻很小，电流表采用外接法；因电压要求从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法． 图实­2­1 2．曲线形状：以I为纵轴、U为横轴画出小灯泡的I­U图线，由于金属的电阻率(电阻)随温度的升高而增大，其伏安特性曲线不是一条直线． 3．滑动变阻器的两种接法 (1)两种接法的比较 名称 限流接法 分压接法 电路图 闭合开关前滑片位置 使滑动变阻器所用的电阻最大(电阻R的电流最小)，滑片应位于最左端 使滑动变阻器与负载R并联的电阻为零(R的电流、电压为零)，滑片应位于最左端 负载两端的电压调节范围 U～U 0～U 通过负载的电流调节范围 ～ 0～ 负载正常工作时电路的效率 电路中总电流等于负载R的电流，电路效率较高 电路中总电流大于负载R的电流，电路效率较低 (2)两种接法的选择：由于限流式接法电路简单，耗能低，所以通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法． a．当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压电路． b．若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压式接法． c．要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法． 二、实验器材 小灯泡、4～6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸． 三、实验步骤 1．按实验电路图连接电路，且使滑动变阻器的触头P滑至A端． 2．闭合开关，使触头P逐渐向B移动，测出12组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格. 3．断开开关，拆除电路，整理器材． 四、数据处理 1．列表格：将记录的12组U、I值记录在表格中． 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 U I 2.描曲线：在坐标纸上以电流I为纵轴、电压U为横轴建立直角坐标系，描点绘出I­U曲线． 3．分析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不是直线的原因． 五、误差分析 1．测量时，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大，而产生系统误差． 2．测量时读数不准，描绘I­U图线时作图不准确产生偶然误差． 六、注意事项 1．描绘I­U图线要求电压、电流从零开始变化，因此滑动变阻器采用分压接法．小灯泡的电阻较小，电流表采用外接法． 2．调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压，且要使实验中测出的各组数据均匀，间隔大致相等． 3．作图时两坐标轴的标度要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸．连线时误差较大的点要舍去，要用平滑的曲线而不能画成折线． [典例剖析] 　有一个小灯泡上标有“4 V　2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I­U图线．现有下列器材供选用： A．电压表(0～5 V，内阻为10 kΩ) B．电压表(0～15 V，内阻为20 kΩ) C．电流表(0～3 A，内阻为1 Ω) D．电流表(0～0.6 A，内阻为0.4 Ω) E．滑动变阻器(10 Ω，2 A) F．滑动变阻器(500 Ω，1 A) G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 (1)实验时，选用图实­2­2甲而不选用图实­2­2乙的电路图来完成实验，请说明理由：____________________________________________________. 图实­2­2 (2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示) (3)把图实­2­3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图． 图实­2­3 [解析]　(1)因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用题图甲所示的分压式电路比较合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据． (2)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0～5 V的电压表A，而舍弃0～15 V的电压表B，因为15 V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡的电阻，调节不方便，故舍弃． (3)小灯泡电阻为电流表内阻的＝1 250倍，故电流表采用外接法． ＝20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的 [答案]　(1)描绘灯泡的I­U图线