实验2：描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线 学习目标 1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.会正确选择实验器材和实验电路 .3.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法知识探究 一、实验原理和方法1实验电路：小灯泡的电阻很小，电流表采用外接法；因电压要求从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法图实 -2-12曲线形状：以I 为纵轴、 U 为横轴画出小灯泡的I -U 图线，由于金属的电阻率 (电阻 )随温度的升高而增大，其伏安特性曲线不是一条直线3滑动变阻器的两种接法(1)两种接法的比较名称限流接法分压接法电路图闭合开关前滑使滑动变阻器所用的电阻最使滑动变阻器与负载R 并联的大(电阻

2、R 的电流最小 )，滑片电阻为零 (R 的电流、电压为零 )，片位置应位于最左端滑片应位于最左端负载两端的电R压调节范围0RUU0 UR通过负载的电UUU流调节范围R0 R R0 R负载正常工作电路中总电流等于负载R 的电路中总电流大于负载R 的电时电路的效率电流，电路效率较高流，电路效率较低(2)两种接法的选择：由于限流式接法电路简单，耗能低，所以通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法a当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据 )时，必须选用分压电路第 1页b若采用限流接法，电路中实际电压 ( 或电流 )的最小值仍

3、超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压式接法c要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法二、实验器材小灯泡、 4 6 V 学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸三、实验步骤1按实验电路图连接电路，且使滑动变阻器的触头P 滑至 A 端2闭合开关，使触头 P 逐渐向 B 移动，测出 12 组不同的电压值 U 和电流值 I ，并将测量数据填入表格 .3断开开关，拆除电路，整理器材四、数据处理1列表格：将记录的12 组 U、 I 值记录在表格中实验次数123456789UI2.描曲线：在

4、坐标纸上以电流I 为纵轴、电压 U 为横轴建立直角坐标系，描点绘出 I-U 曲线3分析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不是直线的原因五、误差分析1测量时，未考虑电压表的分流，造成测得的 I 值比真实值偏大，而产生系统误差2测量时读数不准，描绘I-U 图线时作图不准确产生偶然误差六、注意事项1描绘 I-U 图线要求电压、电流从零开始变化，因此滑动变阻器采用分压接法 小灯泡的电阻较小，电流表采用外接法2调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压，且要使实验中测出的各组数据均匀，间隔大致相等3作图时两坐标轴的标度要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸连线时误差较大的点要舍去，要用平滑

5、的曲线而不能画成折线第 2页典例剖析 有一个小灯泡上标有“4 V2 W”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用：A电压表 (05 V ，内阻为 10 k )B电压表 (0 15 V，内阻为 20 k )C电流表 (03 A，内阻为 1 )D电流表 (00.6 A，内阻为 0.4)E滑动变阻器 (10，2 A)F滑动变阻器 (500，1 A)G学生电源 (直流 6 V) 、开关、导线若干(1)实验时，选用图实 -2-2 甲而不选用图实 -2-2 乙的电路图来完成实验， 请说明理由： _.图实 -2-2(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

6、用 _ (用序号字母表示 )(3)把图实 -2-3 中所示的实验器材用实线连接成实物电路图图实 -2-3 解析 (1)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，故采用题图甲所示的分压式电路比较合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据(2)因小灯泡额定电压为4 V ，则电压表选 05 V 的电压表 A ，而舍弃 015 V的电压表 B，因为 15 V 的量程太大，读数误差大小灯泡的额定电流I 0.5 A，则电流表选 D.滑动变阻器F 的最大阻值远大于小灯泡的电阻，调节不方便，故舍弃(3)小灯泡电阻为电流表内阻的8 20 倍，电压表内阻是小灯泡电阻的1104

7、10.48250 倍，故电流表采用外接法 答案 (1)描绘灯泡的 I-U 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示小电珠灯丝的电阻会随温度的升高而增大，某同学为研究这一现象，利第 3页用下列实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围 0 20 )、电源、小电珠、开关、导线若干来设计实验，并通过实验得到如下数据(I 和 U 分别表示小电珠上的电流和电压 )I/A0.000.060.100.150.190.220.240.25U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0(1)请在下面的方框中画出实验电路图(2)在图实 -2-4 中画出小电珠的U-I 曲线图实

8、 -2-4 解析 (1)由于小电珠电阻值小，且两端电压从零开始变化，所以电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，如答案图所示(2)描点并连线如图所示 答案 (1)如图所示(2)见解析图 随 堂 自 测 即 时 达 标1要测绘一个标有“ 3 V 0.6 W ”的小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作已选用的器材有：【导学号： 46242135】电池组 E(电动势为 4.5 V，内阻约 1 )电流表 A( 量程为 0250 mA，内阻约 5 )电压表 V( 量程为 03 V ，内阻约 3 k )开关一个、导线若干(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填

9、字母代号 )A滑动变阻器 R1(最大阻值为 20 ，额定电流为 1 A)B滑动变阻器 R2(最大阻值为 1 750，额定电流为 0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号 ) 解析 描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始，需选用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器阻值应选较小的，故选A. 由于灯泡电阻较小，正常工作U2时 R P 15 ，电流表选用外接法误差较小，故电路图选B. 答案 (1)A(2)B2以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：图实 -2-5第 4页A闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数 (I， U)，移动滑动变阻器的滑动触头位置，每移动一次记下一组

10、(I， U)值，共测出 12 组左右的数据B将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图实 -2-5 所示C调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端D按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线(1) 以 上 各 步 骤 中 存 在 错 误 或 不 妥 之 处 的 是 _ ， 应 如 何 改 正_(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列起来：_. 解析 (1)错误或不妥的步骤是A 、C、D.A 步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U 或电流 I 值，而不是随意测， 随意测时会

11、使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I-U 图线 C 步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即滑动变阻器触头应置于滑动变阻器最右端 D 步骤：应将各点用平滑的曲线连接起来(2)正确操作步骤顺序为B、C、A 、 D. 答案 (1)见解析(2)B、 C、 A、D3某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U 和 I的数据：编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在图实 -2-6 中画出 I-U 图象图实 -2-6(2

12、)从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，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_第 5页 解析 画出 I -U 图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来斜率逐渐减小说明电阻增大 答案 (1)I-U 图象见解析图(2)开始时不变，后来增大(3)增大4在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：【导学号： 46242136】A小灯泡：规格为“ 3.8 V0.3 A”B电流表：量程0 0.6 A，内阻约为 0.5C电流表：量程0 3 A，内阻约为 0.1D电压表：量程0 5 V，内阻约为 5 k E滑动变阻器：阻值范围0 10 ，额定电流 2 AF电池

13、组：电动势6 VG开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确， 需要使小灯泡两端电压从0 逐渐增大到 3.8 V 且能方便地进行调节，因此电流表应选_ (填器材前的选项符号 )(2)根据你选用的实验器材， 画出实验电路图， 并将图实 -2-7 所示的器材连成实物电路图实 -2-7 解析 (1)因小灯泡的额定电流为0.3 A ，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示甲乙 答案 (1)B(2)见解析5有一个小灯泡上标有“ 4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法测绘这个小灯泡的伏安特性曲线现

14、有下列器材供选用：A电压表 V 1(0 5 V，内阻约 10 k )B电压表 V 2(0 10 V，内阻约 20 k )C电流表 A 1(0 0.3 A，内阻约 1 )D电流表 A 2(0 0.6 A，内阻约 0.4)E滑动变阻器 R1(010 ，2 A)F滑动变阻器 R2(0100 ，0.2 A)第 6页G学生电源 (直流 6 V) ，开关及导线(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表_，电流表_，滑动变阻器 _(填写器材前的选项符号)(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请在虚线框中画出实验电路图(3)如图实 -2-8 所示，P 为 I-U 图线上的一点， P

15、N 为图线上 P 点的切线， PQ 为 U 轴的垂线， PM 为 I 轴的垂线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将 _(选填“增大”“减小”或“不变” )；对应 P 点，小灯泡的电阻值约为 _ .结(果保留三位有效数字 )图实 -2-8P2 解析 (1)灯泡额定电压为 4 V，电压表选 A.灯泡额定电流 I U4 A 0.5 A，则电流表选 D.为方便实验操作，滑动变阻器选E.(2)电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；U4R8 V灯泡正常发光时电阻RR 8 ， 20，I0.5A0.4 RR10 000 VR8 1 250，R，则电流表应采用外接法，电路RAR图如图所示

16、(3)由图象可知，随着所加电压的增加，通过小灯泡的电流增大，电压与电流的比值也增大，即灯泡电阻增大；在P 点 U2.4 V ， I0.45 A ，此时灯泡电阻RU2.4 I 0.45 5.33. 答案 (1)A D E(2)电路图见解析(3)增大 5.336现用伏安法研究某电子器件 Rx(6 V 2.5 W) 的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整 (直接测量的变化范围尽可能大一些 )，备有下列器材：A直流电源 (电压恒为 6 V)；B电流表 G(满偏电流 3 mA，内阻 Rg10 )；C电流表 A(0 0.6 A，内阻未知 )；D滑动变阻器 R1(020 ，10 A)；E滑动变阻器 R(02

17、00 ，1 A)；F定值电阻 R0(阻值 1 990)；第 7页G开关与导线若干(1)根据题目提供的实验器材，请你在虚线框里画出测量电子器件Rx 伏安特性曲线的电路原理图 (Rx 可用“”表示 )(2) 在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用_(填写器材前的选项符号)(3)将上述电子器件 Rx 和另一电子器件 R2 接入如图实 -2-9 甲所示的电路中， 它们的伏安特性曲线分别如图实 -2-9 乙中 Ob、Oa 所示电源的电压恒为 6.0 V 调节滑动变阻器 R3，使 Rx 和 R2 消耗的电功率恰好相等，则此时 Rx 和 R2 的阻值之和为 _ ， R3 接入电路的阻值为 _ .图实 -2-9 解析 (1)要描绘电子器件的伏安特性曲线， 要求电压从 0 开始测量，直接测量的变化范围大，滑动变阻器应采用分压式接法，由于电流表 G 的内阻 Rg 是