粤教版选修31物理《实验描绘小灯泡的伏安特性曲线》学案含答案.docx

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粤教版选修31物理《实验描绘小灯泡的伏安特性曲线》学案含答案

实验：

描绘小灯泡的伏安特性曲线

一、实验目的

1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．

2．分析曲线的变化规律．

二、实验原理

1．用电流表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U-I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来．

2．电流表外接：

因为小灯泡电阻很小，如果内接电流表，分压明显．

滑动变阻器采用分压式：

使电压能从0开始连续变化．

三、实验器材

学生电源（4～6V直流）、小灯泡（4V、0.7A或3.8V、0.3A），电流表（内阻较小）、电压表（内阻很大），开关和导线、滑动变阻器、坐标纸．

四、实验步骤

1．连接电路．

（1）

将灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如上图所示电路．

2．测量与记录．

测出小灯泡在不同电压下的电流．

移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格.

U/V

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

I/A

U/V

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

3.8

I/A

3.数据处理、整理仪器．

（1）画出伏安特性曲线．

①在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．

②在坐标纸上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．

4．拆除电路、整理仪器．

五、注意事项

1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

2．滑动变阻器应采用分压式连接：

目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．

3．U-I图线在U0＝1.0V左右时将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右时绘点要密，以防出现很大误差．

4．建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸．

一、单项选择题

1．在描绘小灯泡的伏安特性时，以电流值作横坐标，电压值作纵坐标．所得的图线可能是下面图线中的（D）

解析：

由于小灯泡两端的电压升高时，灯丝的温度升高，导致灯丝电阻变大，所以只有D满足题意．

2．在描绘小灯泡的伏安特性曲线时采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表示数变化而电压表指针不动，下列原因可能的是（C）

A．灯泡中灯丝已烧断

B．滑动变阻器滑片接触不良

C．灯泡内部短路

D．滑动变阻器A端接触不良

解析：

电流表示数变化而电压表指针不动，说明有电流流过灯泡但其两端无电压，即灯泡短路，选C.

3．某灯泡上标有“4V，0.7A”的字样，在描绘该灯泡的伏安特性曲线实验中所用的电流表为0～0.6A～3A，电压表为0～3V～15V，为了提高实验的精确性则下列说法中正确的是（A）

A．电压表应选0～3V量程，电流表应选0～0.6A量程

B．电压表应选0～15V量程，电流表应选0～0.6A量程

C．电压表应选0～3V量程，电流表应选0～3A量程

D．电压表应选0～15V量程，电流表应选0～3A量程

解析：

一般情况下电压表和电流表的量程不能小于被测灯泡的额定值，但是本题强调实验的精确性，若电压表选0～15V量程则其额定电压还不到满偏刻度的

，误差较大．同理电流表应选0～0.6A量程．

二、不定项选择题

4．如下图所示，a、b、c、d是滑动变阻器的四个接线柱．现把此变阻器串联接入电路中的A、B两点间，并要求滑动头向c端移动过程中，灯泡变暗，则接入电路A、B两点间的接线柱可能是（AD）

A．b和c　　B．a和c　　C．a和d　　D．b和d

解析：

滑动变阻器是利用改变导线长度来改变电阻的，如题图所示，要使滑动头向c端移动时，灯泡变暗，只要接入电路的滑动变阻器电阻丝增长即可，所以应该接bc或bd.

5．某同学研究三种导电元件的伏安特性，他根据实验中所测得的数据，分别绘制了I－U图线，如下图所示，下列说法正确的是（A）

A．图

（1）的元件可以作为标准电阻使用

B．图

（2）的阻值随电压升高而减小

C．图（3）的阻值随电压升高而增大

D．图

（2）、（3）一定是由金属材质构成的导电元件

解析：

（1）中I－U图象为一次函数图象，即不随温度变化而变化．所以可以作为标准电阻．同理，

（2）中R随温度升高而增大，（3）中R随温度升高而减小．

6．在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，应（CD）

A．采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多

B．采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多

C．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多

D．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻与电流表内阻差不多

解析：

由于小灯泡的电阻较小，小灯泡的电阻和电流表的内阻差不多，而比电压表内阻小得多，电压表分流可忽略，故应采用电流表外接法．

三、非选择题（按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位）

7．有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现要描绘这个灯泡的伏安特性图线．有下列器材供选用：

A．电压表（0～5V，内阻约为10kΩ）

B．电压表（0～10V，内阻约为20kΩ）

C．电流表（0～0.3A，内阻约为1Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻约为0.4Ω）

E．滑动变阻器（10Ω，2A）

F．学生电源（直流6V），还有电键、导线若干

（1）实验中所用电压表应选用__________，电流表应选用________．

（2）实验时要求尽量减小实验误差，测量电压从零开始多取几组数据，请将下图中实物连接成满足实验要求的测量电路．

（3）某同学根据实验得到的数据画出了该小灯泡的伏安特性曲线（如图所示），若用电动势为3V、内阻为2.5Ω的电源给该小灯泡供电，则该小灯泡的实际功率是________W.

解析：

（1）因灯泡的额定电压为4V，为保证安全选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确；故只能选用0～5V的电压表，故选A；由P＝U-I得，灯泡的额定电流I＝

＝

A＝0.5A；故电流表应选择0～0.6A的量程，故选D；

（2）由题意要求可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，灯泡的电阻约为R＝

＝8Ω，跟电流表内阻接近，所以用电流表外接法，实物图连接如图所示．（3）当灯泡接入电动势为3V、内阻为2.5Ω的电源中时，由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir得U＝3－2.5I.画出U－I图象，与该小灯泡的伏安特性曲线的交点表示该灯泡接入电路中的电压和电流，由图读出通过灯泡电流为0.4A，两端电压为2.0V，所以功率为0.8W.

答案：

（1）A　D

（2）如图所示

（3）0.80（0.78～0.82）

8．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按如图所示的方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表都已调零．闭合开关后：

（1）若电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为________．

（2）若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为________．

（3）若反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为__________________．

解析：

（1）电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，说明电压表与小灯泡没有并联好（可能是d、h导线断路），但电压表又与其他部分组成了闭合电路，故断路的导线只可能是d.

（2）小灯泡亮，但电压表的示数为零，同样说明电压表与小灯泡没有并联好（可能是d、h导线断路），但电流表有示数说明d未断路，故断路的导线只可能是h.（3）反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，说明滑动变阻器在实际电路中没有起到如连接电路中应起到的分压作用，而仅起到限流作用，故可断定断路的导线为g.

答案：

（1）d　

（2）h　（3）g

9．某实验小组要描绘一个标有“3.8V，1W”的小灯珠RL的伏安特性曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：

A．电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）

B．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）

C．电流表A1（量程250mA，内阻约为2Ω）

D．电流表A2（量程500mA，内阻约为1Ω）

E．滑动变阻器R1（阻值0～10Ω）

F．滑动变阻器R2（阻值0～200Ω）

（1）为了使调节方便，测量的准确度较高，应选用电流表为____________；滑动变阻器为____________．（填写仪器符号）

（2）要求实验中小灯珠电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小．请你为该实验小组设计电路图，并在图中标出器材的符号，画在下面方框中．

（3）某小组按实验要求设计出正确电路图并正确连线后，合上电键，慢慢增大小灯珠的电压，发现刚开始时两电表均有读数，但小灯珠不会发光，请简要分析原因：

___________________________________________________________.

解析：

（1）小灯泡的额定电流I＝

＝

A≈263mA，电流表量程应大于灯泡额定电流，应选A2.分压接法中为方便调节，通常选全阻值较小的滑动变阻器，所以选R1.

（2）滑动变阻器分压接法；电流表外接．

答案：

（1）A2　R1

（2）详见下边电路图

（3）刚开始通过小灯泡的电流很小时，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，灯丝发出的热量还不能使它的温度上升得足够高，因此它不亮．

10．某同学使用了如下器材：

电源E（电动势12V）；电压表V（量程为15V，内阻约15kΩ）；电流表A（量程100mA，内阻约10Ω）；滑动变阻器（最大电阻为50Ω）；单刀单掷开关；导线若干．测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如下图所示，已知小灯泡的额定电压为12V.

（1）请在虚线方框中画出此实验电路．

（2）根据设计的电路图在下图的实物图上连线．

（3）由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的额定功率为P额＝________W，小灯泡电阻的变化特性为__________________________.

解析：

（1）描绘小灯泡的U－I曲线，电压要求从0开始逐渐变大，因此滑动变阻器必须采用分压式接法，由于小灯泡的电阻较小，小灯泡的电阻和电流表的内阻差不多，而比电压表内阻小得多，电压表分流可忽略，故应采用电流表外接法．

（2）略．

（3）由图象可知：

当U＝12V时，I≈95.2mA，由公式P＝U-I得P≈1.15W.

答案：

（1）实验电路如图甲所示：

（2）实物连线如图乙所示：

（3）1.15（1.14～1.16）　灯泡电阻随电压升高而增大（或随温度升高而增大；或电压越高时电阻增大越快）

11．（2013·珠海模拟）一个标有“3.8V，0.3A”字样的小灯泡，其灯丝的电阻会随温度的升高而变化，一探究性学习小组在实验室研究这一问题，现实验室备有下列实验器材：

实验时要求测量范围尽可能大，且要求灯泡上的电压从0开始调节，测量结果尽可能准确．

（1）现有下图所示的a、b、c、d四个电路，其中可选用的电路有________．

（2）在实验中，应当选用的实验器材有电压表________，电流表__________，滑动变阻器__________．（填器材名称代号）

（3）该小组某同学通过实验描绘出小灯泡的I-U图象，如上图所示，试根据图象中给出的数据，求出小灯泡在工作点A和B的电阻值分别为________、________．

解析：

（1）要求灯泡上的电压从0开始调节，因此滑动变阻器要用分压式接法，a、b图错误，c图中滑动变阻器上串联保护电阻，因此，灯泡上的电压也不能从0开始连续调节，所以应选d图．

（2）选取电表时，电表的量程要稍大于被测元件的最大值，因为灯泡标有“3.8V，0.3A”，所以，电压表选择V1；电流表选择A1；滑动变阻器为分压式接法，应选总阻值较小的滑动变阻器R1.

（3）根据R＝

得A点电阻为6.3Ω（结果为5.9～6.5Ω都正确）；B点电阻为10Ω.

答案：

（1）d　

（2）V1　A1　R1　（3）6.3Ω　10Ω