高中物理 第二章 3 第二课时 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线课件1高中选修31物理课件
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第二章 恒定电流
2021/12/8
第一页，共二十七页。
第二课时 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
2021/12/8
伏安法测电阻需注意的几点事项 1．电表的选择． (1)保证电表的安全性：在实验中保证电表不会被烧 坏．所以在伏安法电表的选择中首先选电压表，电压表一 般略小于电源电动势． (2)保证实验的准确性：尽可能误差小．要求电表读 数不能小于量程的13，最好在23和量程之间．所以测电阻中
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第九页，共二十七页。
【实验目的】 1．描绘小灯泡的伏安特性曲线． 2．分析图象规律． 【实验原理】 根据欧姆定律，在纯电阻电路中，电阻两 端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，即 U －I 图线是一条过原点的直线．但是实际电路 中由于各种因素的影响，U－I 图线就可能不是直线．用
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第十三页，共二十七页。
【误差分析】 1．系统误差：由于电表是不理想电表，电流表电阻 不是 0，电压表电阻不是无穷大．外接法形成误差的结果 是电压表分流的原因，造成误差偏小． 2．测量误差：测量读数造成． 【注意事项】 1．本实验要作出 I－U 图线，要求测出一组包括零 在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．
比较项目
内接法
外接法
电路
第三页，共二十七页。
电压表示数
电压表示数 UV＝UR
UV＝UR＋UA＞UR 电流表示数 误差分析 电流表示数 IA＝IR IA＝IR＋IV＞IR
R 测＝UIAV＞UIRR＝R 真 R 测＝UIAV＜UIRR＝R 真
误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用
(2)内外接的选择方法．
第十页，共二十七页。
伏安法分别测出灯泡两端电压及流过的电流便可绘出 U －I 图线，其原理图如图所示．
【实验器材】 小灯泡一只，电压表、电流表各一只，滑动变阻器(20 欧姆)一只，电池一组，开关一只，导线若干．
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【实验步骤】 1．确定电压表的量程，为减小误差采用 安培表外接法，按图所示的原理电路图连接好 实验电路． 2．把滑动变阻器的滑动片调节到最左端位置，电路 经检查无误后，闭合开关 S. 3．改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的 电流表、电压表的示数 I 和 U，记入表格内． 4．拆去实验线路，整理好实验器材．
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第十六页，共二十七页。
D．电压表(0～3 V，内阻约 2 kΩ) E．滑动变阻器(阻值 0～100 Ω) F．滑动变阻器(阻值 0～10 Ω) G．电源 E＝6 V 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， 将图中的器材连接成可供实验的电路．
第五页，共二十七页。
3．滑动变阻器在电路中的接法选择．
(1)滑动变阻器在电路中的两种接法及其作用．
比较项目
接法类型
限流接法
分压接法
电路图(图中 R 为负载电
阻，R0 为滑动变阻器) 滑片在最左端， 滑片在最左
即保证滑动变 端，即开始时 闭合开关前滑片位置
阻器接入电路 R 两端的电压
中的阻值最大 为 0
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类型一 仪器的选择 【典例 1】 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验 中，选择“3 V 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 0～0.6 A，内阻约 1 Ω) B．电流表(量程 0～3 A，内阻约 1 Ω) C．电压表(量程 0～15 V，内阻约 10 kΩ)
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(2)从图象上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电 阻的变化情况是_______________________________
___________________________________________. (3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而________． 解析：(1)先根据数据描点，再用平滑曲线连接，画 出图象如图所示．(2)曲线开始呈直线状说明开始电阻几 乎不变，后来逐渐靠近 U 轴说明电阻增大．(3)这表明小 灯泡的电阻随温度的升高而增大．
第二十一页，共二十七页。
(2)与实物电路相应的电路图如图所示．
答案：(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ②增大小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多 组读数，直至电压达到其额定电压 (2)如解析图所示
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第二十二页，共二十七页。
类型三 数据处理 【典例 3】 某同学在做测定小灯泡功率的实验中得 到如下表所示的几组 U 和 I 的数据： 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 (1)在图中画出 I－U 图象．
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答案：(1)I－U 图象见解析 (2)开始时不变，后来增 大 (3)增大
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第二章 恒定电流
内容(nèiróng)总结
No
Image
12/8/2021
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【数据处理】 1．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流， 横轴表示电压． 2．在坐标纸中描出各组数据所对应的点(坐标系中纵 轴和横轴要适中，以使所描图线占据整个坐标纸为宜)． 3．用平滑曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特 性曲线． 4．结果：得到的不是一条倾斜的直线，而是一条偏 向电压轴的平滑曲线． 原因：小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大．
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2．由于小灯泡电阻较小，故应采用电流表外接法． 3．开关闭合前变阻器滑片移到接入电路中的阻值最 小处．(保证电流、电压从 0 开始)． 4．开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的 电压逐渐增大，调节滑片时应注意伏特表的示数不要超 过小灯泡的额定电压． 5．所画线为曲线的原因是金属的电阻率随温度升高 而变大．
【典例 2】 如图为“测绘小灯泡的伏安特性曲线” 实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为 2.5 V.
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(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，__________ ___________________________________________； ②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，______ ___________________________________________；
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电流表的选择：一般根据所选电压表量程除以被测元件的
电阻获得的电流进行选择． (3)对测灯泡的伏安特性曲线：灯泡上标有额定电压
和额定功率．电压表的选择：依据额定电压．电流表的
选择：依据额定功率除以额定电压获得的电流．
2．电流表的内接法和外接法的比较．
(1)内外接法的电路．
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③断开开关，根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安 特性曲线．
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
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解析：(1)滑动变阻器为分压接法，故闭合开关前， 先使小灯泡两端的电压为 0，调节滑动变阻器的滑片，使 它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动 滑动变阻器的滑片，增大小灯泡两端的电压，记录电流表 和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压．
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解析：(1)灯泡额定电流为 0.5 A，电流表选择 A；灯 泡额定电压为 3 V，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 ADFGH；
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(2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压
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①直接比较法：当 R x≫RA 时，采用内接法：当 Rx ≪RV 时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外 接法，可记忆为“大内小外”．
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②公式计算法． 当RRVx＜RRAx即当 Rx＞ RARV时，用电流表内接法， 当RRVx＞RRAx即当 Rx＜ RARV时，用电流表外接法， 当 Rx＝ RARV时，两种接法效果相同． ③试触法： 如图，把电压表的可动接线端分别试接 b、c 两点，观察两电表的示数变化，若电流 表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响 大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电 流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．
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负载电阻 R 两端 的电压调节范围
RR0＋UR～U
0～U
通过电阻 R 的电 流调节范围
R0U＋R～UR
0～UR
使用的接线柱
电阻丝两端的接线 滑动变阻器上、
柱同时接入电路，金 下各有一个接线
属杆两端的接线柱 柱接入电路
只有一个接入电路
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(2)两种电路的选择原则． 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当滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻时，必须 选择分压接法． ④当分压接法、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．
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．
图甲
(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电路图，实物电
路图如图乙所示．
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图乙 答案：(1)ADFGH (2)分压 外 (3)见解析图
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特别说明 (1)当有两个滑动变阻器供选择时，在满 足电压、电流调节范围的情况下，选小电阻，这样调节 的电压、电流变化比较均匀，移动相同的距离，阻值变 化小，便于调节．
(2)当滑动变阻器的最大阻值比被测电阻大或差不多 时，要用限流接法，此时调节能力较强；滑动变阻器的 最大阻值不宜比被测电阻大很多，此时虽然调节能力强， 但电流变化不均匀．
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第二课时 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
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伏安法测电阻需注意的几点事项 1．电表的选择． (1)保证电表的安全性：在实验中保证电表不会被烧 坏．所以在伏安法电表的选择中首先选电压表，电压表一 般略小于电源电动势． (2)保证实验的准确性：尽可能误差小．要求电表读 数不能小于量程的13，最好在23和量程之间．所以测电阻中
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【实验目的】 1．描绘小灯泡的伏安特性曲线． 2．分析图象规律． 【实验原理】 根据欧姆定律，在纯电阻电路中，电阻两 端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，即 U －I 图线是一条过原点的直线．但是实际电路 中由于各种因素的影响，U－I 图线就可能不是直线．用
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第十三页，共二十七页。
【误差分析】 1．系统误差：由于电表是不理想电表，电流表电阻 不是 0，电压表电阻不是无穷大．外接法形成误差的结果 是电压表分流的原因，造成误差偏小． 2．测量误差：测量读数造成． 【注意事项】 1．本实验要作出 I－U 图线，要求测出一组包括零 在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．
比较项目
内接法
外接法
电路
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电压表示数
电压表示数 UV＝UR
UV＝UR＋UA＞UR 电流表示数 误差分析 电流表示数 IA＝IR IA＝IR＋IV＞IR
R 测＝UIAV＞UIRR＝R 真 R 测＝UIAV＜UIRR＝R 真
误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用
(2)内外接的选择方法．
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伏安法分别测出灯泡两端电压及流过的电流便可绘出 U －I 图线，其原理图如图所示．
【实验器材】 小灯泡一只，电压表、电流表各一只，滑动变阻器(20 欧姆)一只，电池一组，开关一只，导线若干．
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【实验步骤】 1．确定电压表的量程，为减小误差采用 安培表外接法，按图所示的原理电路图连接好 实验电路． 2．把滑动变阻器的滑动片调节到最左端位置，电路 经检查无误后，闭合开关 S. 3．改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的 电流表、电压表的示数 I 和 U，记入表格内． 4．拆去实验线路，整理好实验器材．
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D．电压表(0～3 V，内阻约 2 kΩ) E．滑动变阻器(阻值 0～100 Ω) F．滑动变阻器(阻值 0～10 Ω) G．电源 E＝6 V 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， 将图中的器材连接成可供实验的电路．
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3．滑动变阻器在电路中的接法选择．
(1)滑动变阻器在电路中的两种接法及其作用．
比较项目
接法类型
限流接法
分压接法
电路图(图中 R 为负载电
阻，R0 为滑动变阻器) 滑片在最左端， 滑片在最左
即保证滑动变 端，即开始时 闭合开关前滑片位置
阻器接入电路 R 两端的电压
中的阻值最大 为 0
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类型一 仪器的选择 【典例 1】 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验 中，选择“3 V 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 0～0.6 A，内阻约 1 Ω) B．电流表(量程 0～3 A，内阻约 1 Ω) C．电压表(量程 0～15 V，内阻约 10 kΩ)
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(2)从图象上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电 阻的变化情况是_______________________________
___________________________________________. (3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而________． 解析：(1)先根据数据描点，再用平滑曲线连接，画 出图象如图所示．(2)曲线开始呈直线状说明开始电阻几 乎不变，后来逐渐靠近 U 轴说明电阻增大．(3)这表明小 灯泡的电阻随温度的升高而增大．
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(2)与实物电路相应的电路图如图所示．
答案：(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ②增大小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多 组读数，直至电压达到其额定电压 (2)如解析图所示
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类型三 数据处理 【典例 3】 某同学在做测定小灯泡功率的实验中得 到如下表所示的几组 U 和 I 的数据： 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 (1)在图中画出 I－U 图象．
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答案：(1)I－U 图象见解析 (2)开始时不变，后来增 大 (3)增大
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第二章 恒定电流
内容(nèiróng)总结
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第十二页，共二十七页。
【数据处理】 1．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流， 横轴表示电压． 2．在坐标纸中描出各组数据所对应的点(坐标系中纵 轴和横轴要适中，以使所描图线占据整个坐标纸为宜)． 3．用平滑曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特 性曲线． 4．结果：得到的不是一条倾斜的直线，而是一条偏 向电压轴的平滑曲线． 原因：小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大．
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2．由于小灯泡电阻较小，故应采用电流表外接法． 3．开关闭合前变阻器滑片移到接入电路中的阻值最 小处．(保证电流、电压从 0 开始)． 4．开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的 电压逐渐增大，调节滑片时应注意伏特表的示数不要超 过小灯泡的额定电压． 5．所画线为曲线的原因是金属的电阻率随温度升高 而变大．
【典例 2】 如图为“测绘小灯泡的伏安特性曲线” 实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为 2.5 V.
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(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，__________ ___________________________________________； ②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，______ ___________________________________________；
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电流表的选择：一般根据所选电压表量程除以被测元件的
电阻获得的电流进行选择． (3)对测灯泡的伏安特性曲线：灯泡上标有额定电压
和额定功率．电压表的选择：依据额定电压．电流表的
选择：依据额定功率除以额定电压获得的电流．
2．电流表的内接法和外接法的比较．
(1)内外接法的电路．
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③断开开关，根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安 特性曲线．
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
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解析：(1)滑动变阻器为分压接法，故闭合开关前， 先使小灯泡两端的电压为 0，调节滑动变阻器的滑片，使 它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动 滑动变阻器的滑片，增大小灯泡两端的电压，记录电流表 和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压．
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解析：(1)灯泡额定电流为 0.5 A，电流表选择 A；灯 泡额定电压为 3 V，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 ADFGH；
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(2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压
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①直接比较法：当 R x≫RA 时，采用内接法：当 Rx ≪RV 时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外 接法，可记忆为“大内小外”．
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②公式计算法． 当RRVx＜RRAx即当 Rx＞ RARV时，用电流表内接法， 当RRVx＞RRAx即当 Rx＜ RARV时，用电流表外接法， 当 Rx＝ RARV时，两种接法效果相同． ③试触法： 如图，把电压表的可动接线端分别试接 b、c 两点，观察两电表的示数变化，若电流 表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响 大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电 流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法．
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负载电阻 R 两端 的电压调节范围
RR0＋UR～U
0～U
通过电阻 R 的电 流调节范围
R0U＋R～UR
0～UR
使用的接线柱
电阻丝两端的接线 滑动变阻器上、
柱同时接入电路，金 下各有一个接线
属杆两端的接线柱 柱接入电路
只有一个接入电路
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(2)两种电路的选择原则． 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当滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻时，必须 选择分压接法． ④当分压接法、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．
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．
图甲
(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电路图，实物电
路图如图乙所示．
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图乙 答案：(1)ADFGH (2)分压 外 (3)见解析图
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特别说明 (1)当有两个滑动变阻器供选择时，在满 足电压、电流调节范围的情况下，选小电阻，这样调节 的电压、电流变化比较均匀，移动相同的距离，阻值变 化小，便于调节．
(2)当滑动变阻器的最大阻值比被测电阻大或差不多 时，要用限流接法，此时调节能力较强；滑动变阻器的 最大阻值不宜比被测电阻大很多，此时虽然调节能力强， 但电流变化不均匀．