第3章　拓展课 描绘小灯泡的伏安特性曲线—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三课件（29张PPT）

拓展课:描绘小灯泡的伏安特性曲线
必备知识
自我检测
一、实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法。
二、实验原理
由于灯丝的电阻率随温度的升高而增大,因此灯丝的电阻随温度的升高而增大。由R= 得,在I-U坐标系中,图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数,故画出的小灯泡的I-U图线为曲线。
三、实验器材
学生电源(4~6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。
必备知识
自我检测
四、实验过程
实验步骤
(1)根据小灯泡上所标的额定值,确定电流表、电压表的量程,画出实验的电路图,并按图所示的电路图连接好实物图。
(2)闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表、电压表有较小的明显示数,记录一组电压U和电流I。
必备知识
自我检测
(3)用同样的方法测量并记录几组U和I,填入下表。
次　数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
?
?
?
?
?
?
?
?
电流I/A
?
?
?
?
?
?
?
?
(4)断开开关,整理好器材。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)描绘小灯泡伏安特性曲线时,电流表用内接法。(　　)
解析:小灯泡电阻比较小,用外接法。
答案:×
(2)描绘小灯泡伏安特性曲线时,滑动变阻器用分压式接法(　　)
解析:描绘小灯泡伏安特性曲线时,电流和电压需要从零开始调节,因此滑动变阻器用分压式接法。
答案:√
(3)描绘小灯泡伏安特性曲线时,描绘出的小灯泡伏安特性曲线是倾斜直线。(　　)
解析:小灯泡的电阻随温度的升高而增大,小灯泡的电流和电压增大,则温度升高,故小灯泡的伏安特性曲线是曲线。
答案:×
必备知识
自我检测
(4)描绘小灯泡的伏安特性曲线时可以不用滑动变阻器。(　　)
解析:描绘小灯泡的伏安特性曲线时要不断地改变电路中的电流和电压,因此必须用滑动变阻器。
答案:×
(5)描绘小灯泡伏安特性曲线时,连线时要用平滑的曲线,不能连成折线。(　　)
解析:连线时要用平滑的曲线。
答案:√
必备知识
自我检测
2.以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤。
A.闭合开关,记下电压表、电流表的一组示数(U,I),移动滑动变阻器的滑片位置,每移动一次记下一组(U,I)值,共测出12组左右的数据。
B.将电流表、电压表、滑动变阻器、灯泡、电源、开关正确连接成电路,电流表外接,滑动变阻器采用分压式接法,如图所示。
必备知识
自我检测
C.调节滑片位置,使闭合开关前滑片处于滑动变阻器的最左端。
D.按所测数据,在坐标纸上描点并将各点用直线连接起来,得出小灯泡的伏安特性曲线。
(1)以上各步骤中存在错误或不足的是　　　　　。?
(2)将各步骤纠正后,按实验先后顺序排列起来　　　　　。?
必备知识
自我检测
解析:A步骤中,测量不同电压下的电流值时,应先预设各组数据中的电压值或电流值,而不是随意测,随意测会使描点疏密不均匀,画图线时出现较大误差,甚至无法画出I-U图线;C步骤中,闭合开关前应使灯泡两端电压为零,即滑片应置于变阻器最右端;D步骤中应将各点用平滑的曲线连接起来。
答案:(1)ACD　(2)BCAD
探究一
探究二
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实验原理的理解及器材的选择
例1有一个小灯泡上标有“4 V　2 W”的字样,要用伏安法描绘这个小灯泡的I-U图线。现有下列器材供选择:
A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0~15 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0~3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(10 Ω,2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω,1 A)
G.直流电源,电压为6 V(在实物图中用蓄电池的符号代替)、开关、导线若干
探究一
探究二
随堂检测
(1)实验时,选用图1中甲而不选用图乙的电路图来完成实验,请说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(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)?
探究一
探究二
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(3)把图2中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。
探究一
探究二
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解析: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并从0开始调节,故采用甲图所示的分压式电路合适,这样电压可以从零开始调节,且能方便地测多组数据。因小灯泡额定电压为4 V,则电压表选0~5 V的A,小灯泡的额定电流I=0.5 A,则电流表只能选D。滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω,调节不方便,故舍去。小灯泡电阻为电流表内阻的
探究一
探究二
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答案:(1)描绘小灯泡的I-U图线所测电压值需从零开始
(2)A　D　E
(3)如图所示
探究一
探究二
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规律方法 实物连线的原则和技巧
1.总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负。
2.对限流电路,只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。
3.对分压电路,应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动头的电势高低,根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况,将“伏安法”部分接入该两点间(注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处)。
探究一
探究二
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变式训练要描绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作。已选用的器材有:
直流电源,电压为4.5 V;
电流表(量程为0~250 mA,内阻约5 Ω);
电压表(量程为0~3 V,内阻约3 kΩ);
开关一个、导线若干。
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的　　　　　(填字母代号)。?
A.滑动变阻器(最大阻值20 Ω,额定电流1 A)
B.滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω,额定电流0.3 A)
探究一
探究二
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(2)实验的电路图应选用下列的图　　　　　(填字母代号)。?
探究一
探究二
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解析:(1)根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作”可知控制电路必为“分压电路”,而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器,故选A。
答案:(1)A　(2)B
探究一
探究二
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实验步骤与数据处理
1.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)在坐标纸中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,就得到小灯泡的伏安特性曲线。
探究一
探究二
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2.实验结果与数据分析
(1)结果:描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线,而是曲线。
(2)分析:曲线的斜率变小,即电阻变大,说明小灯泡的电阻随温度升高而增大。
3.误差分析
(1)系统误差: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。
(2)测量误差:测量时读数带来误差。
(3)作图误差:在坐标纸上描点、作图带来误差。
探究一
探究二
随堂检测
4.注意事项
(1)本实验要作I-U图线,要求测出多组包括零在内的电压值、电流值,因此滑动变阻器应采用分压式接法。
(2)由于小灯泡的电阻较小,故采用电流表外接法。
(3)画I-U图线时纵轴、横轴的标度要适中,以所描绘图线占据整个坐标纸为宜,不要画成折线,应该用平滑的曲线连接,对个别偏离较远的点应舍去。
探究一
探究二
随堂检测
例2关于“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,完成下列问题。
(1)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,应停留在滑动变阻器最　　　　(选填“左”或“右”)端。?
②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,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。
探究一
探究二
随堂检测
③记录如下一组U和I的数据,断开开关。根据实验数据在下图中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
灯光发光情况
探究一
探究二
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(2)数据分析:
①从图线上可以得出,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是　　　　。?
②图线表明灯丝的电阻随温度升高而　　　　。?
③小灯泡正常工作时的电阻约为　　　　。(保留小数点后一位有效数字)?
探究一
探究二
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解析:(1)①为保护电路安全,开关闭合之前,电路图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。
(2)①从图线上可以得出,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图线表明灯丝的电阻随温度升高而增大。
③根据I-U图线得当灯泡两端电压U=3 V时,
I=0.205 A,所以小灯
答案:(1)①左　③见解析图　(2)①先不变,后逐渐增大　②增大　③14.6
探究一
探究二
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1.为了测定小灯泡的伏安特性曲线,需要测得的电压范围尽可能大些,误差小些,下列电路合适的是(　　)
解析:描绘小灯泡的伏安特性曲线,应采用分压式电路,电流表要外接,故选项D正确。
答案:D
探究一
探究二
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2.在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中,所用器材有:小灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、开关S等,要求小灯泡两端电压从0开始变化。
(1)实验中滑动变阻器应采用　　　　接法(选填“分压”或“限流”)。?
(2)某同学已连接如图所示的电路,在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前,请指出其中仅有的2个不当之处,并说明如何改正。
①　 。?
②　 。?
探究一
探究二
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答案:(1)分压
(2)①开关S不应闭合,应处于断开状态
②滑动变阻器滑动触头P位置不当,应将其置于b端