2019_2020学年高中物理第二章电路学生实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线学案粤教版选修3_.pdf
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1、学生实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线学生实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线 学科素养与目标要求 物理观念:掌握电表的读数方法 科学探究:通过实际操作培养学生的动手能力与科学探究精神 科学思维 : 1.能在实验中正确选择滑动变阻器的两种接法与电流表的内接法、外接法.2.能根 据需要正确选择电表或量程.3.会根据所得的实验结果分析小灯泡的伏安特性曲线, 并进行相 关计算 一、电压表、电流表的读数方法 1首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或电流值 2根据表盘总的刻度数确定精确度,即每一小格表示的值,同时确定读数有效数字所在的位 数 3按照指针的实际位置进行读数 4(1)03V 的电
2、压表和 03A 的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是 0.1V 和 0.1A, 读到 0.1 的下一位,即读到小数点后面两位 (2)对于 015V 量程的电压表,精确度是 0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读 到 0.1V. (3)对于 00.6A 量程的电流表,精确度是 0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这 时要求“半格估读” ,即读到最小刻度的一半 0.01A. 举例:如图 1 为电流表和电压表的刻度盘 图 1 甲图中,电流表使用 0.6A 量程时,刻度盘上的每一小格为 0.02A,表针示数为 0.44A;当使 用 3A 量程时,每一小格为 0.1A,表针示数为
3、 2.20A. 乙图中,电压表使用 3V 量程时,每一小格为 0.1V,表针示数为 1.70V; 使用 15V 量程时,每 一小格为 0.5V,表针示数为 8.5V. 二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用 1电流表的内接法和外接法 (1)电路图(如图 2 所示) 图 2 (2)误差分析 内接法:U测URx,R测R真,适合测量大电阻 外接法:I测IRx,R测R真,适合测量小电阻 (3)电流表内、外接法的选择 当,即Rx时,用电流表外接法 RV Rx Rx RA RARV 当,即Rx时,用电流表内接法 Rx RA RV Rx RARV 2滑动变阻器的限流式与分压式接法 (1)电路图(如图 3 所示
4、) 图 3 (2)分压式和限流式电路的选择原则 若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从 一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路 若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电 阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程, 或超过待测电阻的额定电流(或电压), 则此时必须选用分压式电路 (3)说明:两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单, 能耗低 三、测绘小灯泡的伏安特性曲线 1实验原理 用电流表
5、测出流过小灯泡的电流, 用电压表测出小灯泡两端的电压, 测出多组(U,I)值, 在I U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,即得小灯泡的伏安特性曲线, 电路图如图 4 所示 图 4 2实验器材 学生电源(46V 直流)或电池组、小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、滑动变阻器、 电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸 3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,按图 4 所示的电路图连接好实 物图(注意开关应断开,滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零) (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
6、电压U和 电流I. (3)用同样的方法测量并记录几组U和I,填入下表. 次数12345678 电压U/V 电流I/A (4)断开开关,整理好器材 4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 (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 5实验结果与数据分析 (1)结果:描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线,而是向横轴弯曲的曲线 (2)分析 : 灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化曲线向横轴弯曲,即随电压的增大,曲线上的 点与原点的连线的斜率变小,电阻变大,说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大 6注意事项 (1)因IU
7、图线是曲线,本实验要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IU图线时纵轴、横轴的标度要适中,使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,个别偏离较远的点应舍去 一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择 例 1 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,选择“3V 0.5A”的小灯泡作为研究对象, 请回答下面几个问题: (1)下列实验器材中应选择_(填入器材序号) A电流表(量程 00.6A, 内阻约 1) B电流表(量程 03A,内阻约 1) C电压表(量程 015V,内阻约 10
8、k) D电压表(03V,内阻约 2k) E滑动变阻器(阻值 01000) F滑动变阻器(阻值 010) G电源E6V H开关 S,导线若干 (2)在本实验中,滑动变阻器应采用_(填“分压”或“限流”)接法,电流表应采用 _(填“内”或“外”)接法 (3)在方框中画出实验电路图,并用实线代替导线,将图 5 中的器材连接成可供实验的电路 图 5 答案 (1)ADFGH (2)分压 外 (3)见解析图 解析 (1)灯泡额定电流为 0.5A,电流表选择 A; 灯泡额定电压为 3V,电压表选择 D; 为方便 实验操作, 滑动变阻器应选择 F; 实验还需要电源、 开关与导线, 故需要的实验器材为 : AD
9、FGH ; (2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法 ; 由 于灯泡电阻远小于电压表内阻,电流表应采用外接法; (3)滑动变阻器采用分压接法,电流表采用外接法,电路图如图甲所示: 根据电路图连接实物图,如图乙所示: 二、实验数据处理 例 2 图 6 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 3V. 图 6 (1)在图乙方框中画出与实物电路相对应的电路图 (2)完成下列实验步骤: 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; 闭合开关后,逐渐移动滑动变阻器的滑片,增加小灯泡两端
10、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; 记录如下 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的伏安 特性曲线. 编号12345678 U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00 I/A0.020 0.06 0 0.1000.1400.1700.1900.2000.205 小灯泡发 光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光 (3)数据分析: 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_ 图线表明导体的电阻随温度的升高而_ 小灯泡正常工作时的电阻约为_(保留到小数点后一位) 答案 (1)见解析图 (2)左 见解析
11、图 (3)先不变, 后逐渐增大 增大 14.6 解析 (1)与实物电路相对应的电路图如图(a)所示 (2)为保护实验器材,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 根据表格中的数据,画出小灯泡的IU图线如图(b)所示 (3)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 图线表明导体的电阻随温度的升高而增大 根据IU图线可得电压U3V 时,I0.205A, 所以小灯泡正常工作时的电阻约为R 3 0.205 14.6. 学科素养 通过选择电表、选择电路、选择量程、实物连线、数据处理等,既锻炼了学生 应用所学知识处理问题的能力,又提高了学生获取、处理信息和基
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