第二章 1 第2课时 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线 导学案 Word版含答案

学生实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线
具体要求
(1)电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中电流一般不允许超过0.6 A。
(2)用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。
(3)电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。
(4)电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上。
(5)从便于操作的角度来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器。
滑动变阻器的连接方式
1.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
两种接法 的电路图

2.两种接法的适用条件
(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)。
(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)。
注意事项
(1)电路的连接方式:
①电流表应采用外接法:因为小灯泡(3.8 V,0.3 A)的电阻很小,与量程为0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。
②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化。
(2)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0的一端,使开关闭合时小灯泡的电压能从0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。
(3)I-U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。
误差分析
(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。
实验研析·探究学习
类型一　实验原理与电路设计
【典例1】(2020·眉山高二检测)图甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡的额定电压为3 V。
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图。
(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,滑片应停留在滑动变阻器的最____(选填“左”或“右”)端;?
②闭合开关后,逐渐移动滑动变阻器的滑片,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记录如表所示8组U和I的数据,断开开关,根据实验数据在图丙方格纸上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
小灯泡发 光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
(3)数据分析:
①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是__________。?
②图线表明导体的电阻随温度的升高而______。?
③小灯泡正常工作时的电阻约为______。(保留到小数点后一位)?
【解析】(1)与实物电路相对应的电路图如图所示:
(2)①为保护电路安全,开关闭合之前,题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端;
③根据表格中的数据,画出小灯泡的I-U图线如图所示:
(3)①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是先不变,后逐渐增大;
②图线表明导体的电阻随温度的升高而增大;
③根据I-U图线可得电压U=3 V时,I=0.205 A,
所以小灯泡正常工作时的电阻约为
R= Ω≈14.6 Ω。
答案:(1)图见解析　(2)①左　③图见解析
(3)①先不变,后逐渐增大　②增大　③14.6 Ω
类型二　数据处理及误差分析
【典例2】 某同学用伏安法测量待测电阻的阻值,现有器材为:待测电阻R(阻值约为5 Ω)
电源(电动势3 V)
滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω)
电流表(量程0～0.6 A,0～3 A)
电压表(量程0～3 V,0～15 V)
开关,导线若干。
实验要求在测量电路中将电流表外接,滑动变阻器起限流作用。回答下列问题:
(1)按照实验要求在图中画出实物连线图;
(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因:______
_________________;?
(3)在连线正确后,闭合开关,电压表和电流表的示数分别如图甲、乙所示;由图可知,电压表读数为____V,电流表读数为____A;由此可得待测电阻的阻值为_______Ω(结果保留3位有效数字)。?
【解析】(1)因为电源电动势为3 V,则电压表的量程选用0～3 V,根据欧姆定律知,电流的最大值大约为0.6 A,则电流表量程选择0～0.6 A,电流表采用外接法,滑动变阻器采用限流式接法,据此可得实物图连线如图所示:
(2)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0,产生这种现象的原因是待测电阻R断路,电压表串联入电路中,由于电压表内阻非常大,导致电流表的示数接近0,电压表测的是电源电压;
(3)由题图可知,电压表的读数为2.20 V,电流表的读数为0.48 A,根据欧姆定律得,待测电阻:R==≈4.58 Ω。
答案:(1)图见解析　(2)待测电阻R断路
(3)2.20　0.48　4.58
课堂检测·素养达标
1.(2020·宜宾高二检测)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系,已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω,R随t的升高而增大,实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度。
实验时闭合S,先将开关K与1端闭合,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1、t2…和电流表的相应示数I1、I2…。然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1、I2…,分别记下电阻箱相应的示数R1、R2…。
(1)有以下两电流表,实验电路中应选用____。?
A.量程0～100 mA,内阻约2 Ω
B.量程0～0.6 A,内阻可忽略
(2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0 Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是____。?
①将旋钮a由“0”旋转至“1”
②将旋钮b由“9”旋转至“0”
③将旋钮c由“9”旋转至“0”
(3)实验记录的t和R的数据如表所示:
温度t/℃ 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
阻值R/Ω 9.6 10.4 11.1 12.1 12.8
请根据表中数据,在答题卡的方格纸上作出R-t图线。
由图线求得R随t的变化关系为R=____Ω。?
【解析】(1)电路中的最大电流约I=≈100 mA,故电流表应选用A。
(2)调节电阻箱时按照先调大再调小的原则,旋转各旋钮的正确操作顺序是①②③。
(3)R-t图像如图所示
由R-t图像知,R=0.04t+8.8(Ω)。
答案:(1)A　(2)①②③
(3)图见解析　0.04t+8.8
2.图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
(1)根据图甲画出实验电路图。
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示,电流表量程为0.6 A,电压表量程为3 V。所示读数为:①__　、②__　、③__　、④。两组数据得到的电阻分别为__　和__　。?
【解析】(1)根据实物图画出电路图如图
(2)由实物图可知,电流表接的是0.6 A的量程,电压表接的是3 V的量程,因此①的读数为0.02 A×5=0.10 A,②的读数为0.02 A×12=0.24 A,③的读数为
0.1 V×20.0=2.00 V,④的读数为0.1 V×2.7=0.27 V。
两组数据得到的电阻R1== Ω=8.3 Ω,
R2== Ω=2.7 Ω。
答案:(1)
(2)①0.10 A　②0.24 A　③2.00 V　④0.27 V
(8.3±0.1)Ω　(2.7±0.1)Ω(后两空答案可互换)
3.某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。
(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;
(2)某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为____A;?
(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将____只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为____W(保留两位小数)。?
【解析】(1)实物连线如图所示:
(2)由题图乙知电流表量程为0.6 A,所以读数为0.44 A;(3)电源内阻为1 Ω,所以当外电路总电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,即小电珠的总功率最大,此时外电路电压等于内电压等于1.5 V,由题图丙知当小电珠电压等于
1.5 V时电流约为0.38 A,此时电阻约为R==3.95 Ω≈4 Ω,并联后的电阻为
1 Ω,所以需要4个小电珠并联,小电珠消耗的总功率约为P== W=2.25 W。
答案:(1)图见解析　(2)0.44　(3)4　2.25
【加固训练】
要描绘一只标有“2.0 V　1.0 W”字样小灯泡的伏安特性曲线,实验室提供了以下器材:
A.电源E:电动势为3.0 V,内阻不计;
B.电压表V:量程为0～3 V,内阻约为1 kΩ;
C.电流表A1:量程为0～3 A,内阻约为0.1 Ω;
D.电流表A2:量程为0～0.6 A,内阻约为0.6 Ω;
E.滑动变阻器R1:最大阻值为10 Ω,额定电流为0.6 A;
F.开关S,导线若干。
(1)实验中电流表应选____　(选填“A1”或“A2”)。?
(2)实验设计的电路如图甲所示,请根据电路图,用笔画线代替导线,将实物图乙连接完整。连接好电路后,在闭合开关前,应将实物图中滑动变阻器的滑片移到____　(选填“A”或“B”)端。?
(3)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,测出多组电压表和电流表的示数U、I,根据测得的数据,在I-U坐标系中描点如图丙所示,请根据所描的点在图丙的坐标系中作出小灯泡的I-U图像,由此判断:小灯泡的电阻随温度升高而____　(选填“增大”或“减小”)。?
【解析】(1)由题可知,灯泡额定电流为0.5 A,则电流表选A2。
(2)对照电路图,实物连接如图所示,
闭合开关前,应将滑片移到最左端A,使输出电压为零,保护电路元件。
(3)将描出的点用平滑的曲线连接,作出的I-U图像如图所示,
图像过坐标原点的割线斜率是电阻的倒数,由此可知,小灯泡的电阻随温度升高而增大。
答案:(1)A2　(2)图见解析　A　(3)图见解析　增大
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