2019-2020学年高中物理 第二章 4 实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线课件 新人教版选修3-1

实验测绘小灯泡的伏安特性曲线第二章恒定电流一、实验目的测绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析其变化规律．二、实验原理用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，在I－U坐标系中描出各组实验数据对应的点，用平滑的曲线连接起来就得到小灯泡的伏安特性曲线．1．电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表的分压电压表的分流测量值和真实值的比较R测＝U测I测＝Rx＋RA测量值大于真实值R测＝U测I测＝U测Ix＋IV测量值小于真实值适用于测量测大电阻或RxRA＞RVRx测小电阻或RVRx＞RxRA2.滑动变阻器的两种接法比较限流式分压式电路组成变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法调压范围RxR＋RxE～E(不计电源内阻)0～E(不计电源内阻)三、实验器材电源、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．四、实验步骤1．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按如图所示的电路原理图连接好实验电路．实验原理图2．把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S.3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S.4．拆除实验电路，整理好实验器材．五、数据处理1．以I为纵坐标，U为横坐标建立坐标系．2．选取适当的分度，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，得到小灯泡的伏安特性曲线．六、误差分析1．由于电压表不是理想电表，内阻对电路的影响会带来误差，电流表外接，则电流表示数偏大．2．测量时，读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．七、注意事项1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置，如实验原理图乙中a端．2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压．3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至13～23量程．4．测绘I－U(U－I)图线时要注意三点：一是标度选取合理．即作出的图象既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图象分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃．对实验原理和电路连接、器材选择的考查有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)C．电流表(0～3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(10Ω，2A)F．滑动变阻器(500Ω，1A)G．学生电源(直流6V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图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)．(3)把图丙中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．丙[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，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4V，则电压表选0～5V的A而舍弃0～15V的B，因0～15V的量程太大，读数误差大．小灯泡的额定电流I＝0.5A，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8Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的10×1038＝1250倍，故电流表采用了外接法．[答案](1)描绘小灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示1．电流表两种不同接法的电路选择(1)定量判定法若已知待测电阻的大约阻值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则当RxRA＞RVRx，即Rx＞RARV时，选用电流表内接法．当RxRA＜RVRx，即Rx＜RARV时，选用电流表外接法．当RxRA＝RVRx，即Rx＝RARV时，选用两种接法都可以．对用伏安法测电阻电路的选择及误差可总结为“大内偏大，小外偏小”．即测大电阻采用电流表内接法，测量值比真实值偏大；测小电阻采用电流表外接法，测量值比真实值偏小．(2)试触法若不知Rx的大约阻值，为了选择正确的电路接法以减小误差，可将电路按如图所示连接，只空出电压表的一个接头，然后将该接头分别与A、B两处接触一下，观察电压表和电流表的示数变化情况．若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即Rx是一个大阻值电阻，应选用内接法，接头应接在B处测量．若电压表示数有显著变化，说明电流表的分压作用较强，即Rx是一个小阻值电阻，应选用外接法，接头应接在A处测量．2．滑动变阻器两种不同接法的电路选择(1)要求回路中的某部分电路的电压从0开始连续变化，必须选择分压接法．(2)若题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够，则选择分压接法．(3)滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻时，必须选择分压接法．(4)分压接法、限流接法都可以时，因为采用限流接法能耗小，优先采用限流接法．对实验数据的处理和误差分析的考查(2019·哈尔滨三中期中)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室提供了小灯泡(2.5V，0.5A)、电流表、电压表以及滑动变阻器等实验器材：(1)图甲为实验中某同学连接好的实验电路图，在开关S闭合后，把滑动片P从A向B端移动过程中会观察到电压表读数变________(填“大”或“小”)．(2)某同学由测出的数据画出I－U图象，如图乙所示，当小灯泡两端电压为1.6V时，小灯泡的电阻值R＝________Ω，此时小灯泡的实际功率P＝________W.解析：(1)由图示电路图可知，在开关S闭合之前，应把滑动变阻器的滑动片P移到A端；实验中滑动片P从A向B端移动过程中会观察到电压表读数变大．(2)由图象可知，当U＝1.6V时，对应的电流为I＝0.40A，则小灯泡的电阻值为R＝UI＝1.60.40Ω＝4.0Ω灯泡的实际功率为：P＝UI＝1.6×0.40W＝0.64W.答案：(1)大(2)4或4.00.64对于图象问题需要注意的几点(1)合理选取标度．(2)仔细、准确地描点．(3)连线时，偏离线太远的点应舍去．(4)要用平滑曲线连接，图线要过原点不能用折线．(5)对小灯泡的伏安特性曲线要做到“心中有图”，曲线的特点要符合：随着电压升高，电阻逐渐变大，但增得越来越慢，若结果与此不符，须认真核对．