教学过程 (1) 考点知识梳理 一、 实验目的 1. 描绘小电珠的伏安特性曲线. 2. 分析伏安特性曲线的变化规律. 二、 实验原理 1. 用电流表测出流过小电珠的电流, 用电压表测出小电珠两端的电压, 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结起来. 2. 电流表外接: 因为小电珠电阻很小, 如果内接电流表, 分压明显. 3. 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 小电珠、 4 V~6 V 学生电源、 滑动变阻器、 电压表、 电流表、 开关、 导线若干. 四、 实验步骤 1. 连接电路: 将小电珠、 电流表、 电压表、 滑动变阻器、 电源、 开关用导线连接成如图 1 所示的电路. 2. 测出小电珠在不同电压下的电流, 移动滑动变阻器的触头位置, 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. 3.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结起来, 就得到小电珠的伏安特性曲线. 4. 拆除电路、 整理仪器 五、 注意事项 1. 电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法: 因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小, 与 0~0.6 A 的电流表串联时, 电流表的分压影响很大. (2)滑动变阻器应采用分压式连接: 目的是使小电珠两端的电压能从 0 开始连续变化. 2. 闭合电键 S 前, 滑动变阻器触头应移到使小电珠分得电压为 0 的一端, 使开关闭合时小电珠的电压从0 开始变化, 同时, 也为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而烧坏灯丝. 3. I—U 图线在 U0=1.0 V 左右将发生明显弯曲, 故在 U=1.0 V 左右绘点要密, 以防出现较大误差. 4. 电流表选择 0.6 A 量程, 电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定, 即使用的若是“3.8 V,0.3 A” 的小电珠, 选用电压表的 15 V 量程; 若使用“2.5 V,0.6 A” 的小电珠, 则选用电压表的 3 V 量程. 5. 保持小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加, 到额定值, 记录 I后马上断开开关. 6. 误差较大的点要舍去, I—U 应是平滑曲线而非折线. 7. 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. 六、 误差分析 1. 由于电压表、 电流表不是理想电表, 电表内阻对电路的影响会带来误差. 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、 伏安法测电阻 1. 原理: 利用电压表和电流表测出电阻两端的电压 U 和流过电阻的电流 I, 利用欧姆定律 R=UI算出电阻. 2. 两种接法 电流表接在电压表两接线柱外侧, 通常称为“外接法”, 如图 2甲所示; 电流表接在电压表两接线柱内侧, 通常称为“内接法”, 如图 2 乙所示. 3. 两种接法的比较 4.两种接法的选择 (1)直接比较法: 当 Rx≫RA用内接法, 当 Rx≪RA用外接法. (2)临界值计算法: 当 Rx> RARV即 Rx为大电阻时, 应该用内接法; 当 Rx< RARV即 Rx为小电阻时, 应该用外接法; 当 Rx= RARV时, 内外接法均可. (3)试测判断法: 当 Rx、 RA、 RV电阻阻值都不清楚时可采用此法. 如图 3 所示, 当开关 S 接 a、 b 时, 电流表示数分别为 Ia、 Ib, 电压表的示数分别为 Va、 Vb, 则 八、 滑动变阻器的两种接法 1. 两种接法的比较 由上表可以看出: 滑动变阻器的分压式接法中, 电压和电流的调节范围较大, 限流式接法较节能. 2. 两种接法的选择 (2)两种接法的适用条件 ①限流式接法适用于测阻值小的电阻, 相对滑动变阻器总电阻而言, 但又不是相差很大, 这样移动滑动触头调节范围大且方便. ②分压式接法适合测量大阻值电阻(与滑动变阻器的总电阻相比), 因为 Rx 越大, 分压式中 Rx 几乎不影响电压的分配, 滑片移动时, 电压变化明显, 便于调节. 通常情况下(满足安全条件), 由于限流电路连接简单, 耗能较小, 一般优先考虑用限流接法. (3)在下列情况下必须采用分压接法 ①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节. ②如果实验所提供的电表量程或电阻元件允许的最大电流很小, 采用限流接法时, 无论怎样调节, 电路中的实际电流(电压)都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流(电压), 为了保护电表或电阻元件, 必须采用分压接法. ③若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多, 采用限流接法时, 即使变阻器的滑动片从一端滑至另一端, 待测电阻上的电流(电压)变化范围不够大, 不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据, 因此要采用分压接法. (4)负载电阻的阻值 Rx 小于变阻器总电阻 R 或相差不多, 且电压、 电流变化不要求从零调起时, 可采取限流接法. (5)两种电路均可使用的情况下, 应优先采用限流式接法, 因为限流接法总功率较小. (6)特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值反复推敲, 以能减小误差的连接方式为好. 注意: 在实际电路设计时, 需同时考虑电流表的内、 外接法以及滑动变阻器的限流、 分压接法, 共有以下四种电路: ①限流内接电路; ②限流外接电路; ③分压内接电路; ④分压外接电路. (2) 典型例题 【例 1 】 要描绘某电学元件(最大电流不超过 6 mA, 最大电压不超过 7 V)的伏安特性曲线, 设计电路如图 4 所示. 图中定值电阻 R 为 1 kΩ , 用于限流; 电流表 A 量程为 1 0 mA, 内阻约为 5 Ω ; 电压表(未画出)量程为1 0 V, 内阻约为 1 0 kΩ ; 电源电动势 E为 12 V, 内阻不计. (1 )实验时有两个滑动变阻器可供选择: a. 阻值 0~200 Ω , 额定电流 0.3 A b. 阻值 0~20 Ω , 额定电流 0.5 A 本实验应选用的滑动变阻器是________(填“a” 或“b” ). (2)正确接线后, 测得数据如下表: ①根据以上数据, 电压表是并联在 M与________之间的(填“O” 或“P” ). ②根据以上数据, 在图 5(1)中画出该元件的伏安特性曲线. (3)在图 5(2)中画出待测元件两端电压 UMO随 MN间电压 UMN变化的示意图(无需数值). 【例 2】 检测一个标称值为 5 Ω 的滑动变阻器. 可供使用的器材如下: A. 待测滑动变阻器 Rx: 全电阻约 5 Ω (电阻丝绕制紧密, 匝数清晰可数) B. 电流表 A1: 量程 0.6 A, 内阻约 0.6 Ω C. 电流表 A2: 量程 3 A, 内阻约 0.12 Ω D. 电压表 V1: 量程 1 5 V, 内阻约 15 kΩ E. 电压表 V2: 量程 3 V, 内阻约 3 kΩ F. 滑动变阻器 R: 全电阻约 20 Ω G. 直流电源 E: 电动势 3 V, 内阻不计 H. 游标卡尺 I. 毫米刻度尺 J. 电键 S 及导线若干 (1 )用伏安法测定 Rx的全电阻值, 所选电流表为________(填“A1”或“A2”), 所选电压表为________(填“V1”或“V2”). (2)在下面的虚线框中画出测量电路的原理图, 并根据所画原理图将图 7 中实物连接成测量电路. 【例 3】 某同学用如图 10 所示电路, 测绘标有“3.8 V,0.3 A” 的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U变化的图象. (1 )除了导线和开关外, 有以下一些器材可供选择: 电流表: A1(量程 100 mA, 内阻约 2 Ω ); A2(量程 0.6 A, 内阻约 0.3 Ω ). 电压表: V1(量程 5 V, 内阻约 5 kΩ ); V2(量程 15 V, 内阻约 1 5 kΩ ). 滑动变阻器: R1(阻值范围 0~1 0 Ω ); R2(阻值范围 0~2 kΩ ). 电源: E1(电动势为 1 .5 V, 内阻约为 0.2 Ω ); E2(电动势为 4 V, 内阻约为 0.04 Ω ). 为了 调节方便, 测得准确, 实验中应选用电流表______, 电压表______, 滑动变阻器______, 电源______(填器材的符号); (2)根据实验数据, 计算并描绘出 R—U的图象如图 11 所示. 由图象可知, 此小灯泡在不工作时, 灯丝电阻为______Ω ; 当所加电压为 3.00 V, 灯丝电阻为________Ω , 电珠实际消耗的电功率为________W; (3)根据 R—U图象, 可确定小灯泡消耗电功率 P与外加电压 U的关系, 符合该关系的示意图是图中的( ) (3) 随堂练习 1 . 现要测定一额定电压 4 V、 额定功率 1 .6 W 的小电珠的伏安特性曲线. 要求所测电压范围 0.1 V~4 V.现有器材: 直流电源 E(电动势 4.5 V, 内阻不计), 电压表 V(量程 4.5 V, 内阻约为 4×1 04Ω ), 电流表A1(量程 250 mA, 内阻约为 2 Ω ), 电流表 A2(量程 500 mA, 内阻约为 1 Ω ), 滑动变阻器 R(最大阻值约为30 Ω ), 电键 S, 导线若干. 如果既要满足测量要求, 又要测量误差较小, 应该选用的电流表是________, 下面两个电路应该选用的是________. 2. 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线” 的实验中, 除有一标有“6 V,1 .5 W” 的小灯泡, 导线和开关外,还有: A. 直流电源 6 V(内阻不计) B. 直流电流表 0~3 A(内阻 0.1 Ω 以下) C. 直流电流表 0~300 mA(内阻约为 5 Ω ) D. 直流电压表 0~1 0 V(内阻约为 15 kΩ ) E. 滑动变阻器 1 0 Ω , 2 A F. 滑动变阻器 1 kΩ , 0.5 A 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量. (1 )实验中电流表应选用________, 滑动变阻器应选用________(均用序号表示). (2)在方框内画出实验电路图. (3)试将图 1 3 中所示器材连成实验电路. 3. (1 )如图 1 6 甲所示, 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线” 实验中, 同组同学已经完成部分导线的连接,请你在实物接线图中完成余下导线的连接. (2)某同学从标称为“220 V 25 W”、“220 V 300 W”、“220 V 500 W” 的 3 只灯泡中任选一只, 正确使用多用电表测量灯泡阻值如图 16 乙所示. 该灯泡的阻值是________Ω , 标称的额定功率为________W. 4. 为测量“1 2 V,5 W” 的小灯泡在不同电压下的功率, 给定了以下器材: 电源: 1 2 V, 内阻不计; 电流表: 量程 0~0.6 A、 0~3 A, 内阻为 0.2 Ω ; 电压表: 量程 0~3 V、 0~1 5 V, 内阻为 1 5 kΩ ; 滑动变阻器: 0~20 Ω , 允许最大电流 1 A; 开关一个, 导线若干, 实验要求加在灯泡上的电压可从 0 V 开始调节. (1 )以上四个电路图你认为最合适的是________. (2)在本实验中, 电流表的量程可选________. (3)某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图 18 所示, 某次测量时, 电流表读数为 0.40 A, 此时小灯泡的实际功率为________W. 5. 有一个小灯泡标有“6 V,0.6 W” 的字样, 现在要用伏安法描绘这个灯泡的 I—U图线, 有下列器材可供选用: A. 电压表(0~5 V, 内阻约 1 0 kΩ ) B. 电压表(0~1 0 V, 内阻约 20 kΩ ) C. 电流表(0~0.3 A, 内阻约 1 Ω ) D. 电流表(0~0.6 A, 内阻约 0.4 Ω ) E. 滑动变阻器(30 Ω , 2 A) F. 学生电源(直流 9 V), 还有开关和导线 (1 )实验中电压表应选________, 电流表应选________. (用序号字母表示) (2)为使实验误差尽可能减小, 画出实验电路图. 6. 如图 20 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 按图 20 所示方式连接电路, 电路中所有元器件都完好, 且电压表和电流表已调零. 闭合开关后: (1 )若电压表的示数为 2 V, 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 0.3 A, 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________. 7. 甲、 乙两位同学使用完全相同的器材和伏安法测量同一未知电阻 Rx的阻值, 给定器材为: 待测电阻Rx; 电流表 A(量程 5 mA, 内阻约 100 Ω ); 电压表 V(量程 3 V, 内阻约 3 kΩ ); 滑动变阻器 R(最大阻值为20 Ω ); 电源 E(电动势约为 3 V); 开关 S, 导线若干, 甲、 乙两个同学的测量数据及处理结果分别如图 22(甲)、(乙)所示. (1 )由图可得甲的测量值为____, 乙的测量值为____(保留三位有效数字). (2)在下面的虚线框中分别画出甲、 乙两位同学所采用的测量电路, 并由测量结果判定________同学的测量结果较为准确. 课后作业 课后记 本节课教学计划完成情况: □照常完成 □提前完成 □延后完成, 原因___________________________________ 学生的接受程度: □完全能接受 □部分能接受 □不能接受, 原因___________________________________________ 学生的课堂表现: □很积极 □比较积极 □一般 □不积极, 原因______________________________...