第七章第单元二描绘小电珠的伏安特性曲线

1、一、实验目的一、实验目的1描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线2分析小电珠伏安特性曲线的变化规律分析小电珠伏安特性曲线的变化规律二、实验原理二、实验原理 用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电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，测出多组珠两端的电压，测出多组(U，I)值后，在值后，在UI坐标系中描出坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，就得到小各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，就得到小电珠的伏安特性曲线电珠的伏安特性曲线三、滑动变阻器的限流接法和分压接法三、滑动变阻器的限流接法和分压接法1两种接法比较两种接法比较方式方式内容内

2、容限流接法限流接法分压接法分压接法对比说明对比说明两种接法电路图两种接法电路图串、并联关系不串、并联关系不同同负载负载R上电压调上电压调节范围节范围 U E0 U E分压接法调节范分压接法调节范围大围大负载负载R上电流调上电流调节范围节范围 I 0 I 分压接法调节范分压接法调节范围大围大闭合闭合S前触头前触头位置位置b端端a端端都是为了保护电都是为了保护电路元件路元件 2.限流电路、分压电路的选择原则限流电路、分压电路的选择原则 限流式适合测量阻值小的电阻限流式适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比跟滑动变阻器的总电阻相比 相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小相差不多或比滑动变阻器的总

3、电阻还小)，因为，因为Rx很小，限很小，限 流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围大分压式适流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围大分压式适 合测量阻值较大的电阻合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要一般比滑动变阻器的总电阻要 大大)Rx很大，分压式中很大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，触头移几乎不影响电压的分配，触头移 动时，电压变化接近线性关系，便于调节动时，电压变化接近线性关系，便于调节(1)若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即若滑动变若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压或电压)

4、仍超过电仍超过电流表流表(或电压表或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式电路须选用分压式电路(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时，限流电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路分压电路(3)若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式电路电路(4)在两种

5、电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，在两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低因为限流式接法电路简单、耗能低四、实验器材四、实验器材 小电珠小电珠(“3.8 V,0.3 A”(“3.8 V,0.3 A”或或“4 V,0.6 A”4 V,0.6 A”)、4 V6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、铅笔若干、坐标纸、铅笔五、实验步骤五、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，确定电流表、电压表的量程， 采用电流表外接法，滑动变采用电流表外接法，滑动变 阻器采用分压式接法，按图实阻

6、器采用分压式接法，按图实 21所示的原理图连接好实验电路所示的原理图连接好实验电路2把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检 查无误后，闭合开关查无误后，闭合开关S.3移动滑动变阻器触头位置，测出移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压组左右不同的电压 值值U和电流值和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关，并将测量数据填入表格中，断开开关S.图实图实 21U(V)00.20.40.60.81.01.21.6I(A)U(V)2.02.42.83.23.63.8I(A)4.在坐标纸上以在坐标纸上以U为横轴，以为横轴，以I为纵轴，建立

7、坐标系在坐为纵轴，建立坐标系在坐 标纸上描出各组数据所对应的点将描出的点用平滑的标纸上描出各组数据所对应的点将描出的点用平滑的 曲线连起来，就得到小电珠的伏安特性曲线曲线连起来，就得到小电珠的伏安特性曲线5拆除电路、整理仪器拆除电路、整理仪器六、注意事项六、注意事项1本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量 电路必须采用电流表外接法电路必须采用电流表外接法2本实验要作出本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内图线，要求测出一组包括零在内 的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法3为保护元件不被烧毁，

8、开关闭合前变阻器滑片应位为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位 于图中的于图中的a端端4加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压5连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀 分布在图线两侧，不要画成折线分布在图线两侧，不要画成折线七、误差分析七、误差分析1由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的 影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使 测得的电流值大于真实值测得的电流值大于真实值2测量时读数带来

9、误差测量时读数带来误差3在坐标纸上描点、作图带来误差在坐标纸上描点、作图带来误差八、实验改进八、实验改进 由于人工读数和绘制伏安特性曲线时存在较大误差，由于人工读数和绘制伏安特性曲线时存在较大误差，故可采用故可采用“DIS”数字化实验系统来进行数据的采集和处理，数字化实验系统来进行数据的采集和处理，如图实如图实22所示，电流和电压均可由传感器测出，并能所示，电流和电压均可由传感器测出，并能得到尽可能多的连续的且差距不太大的数据，然后输入电得到尽可能多的连续的且差距不太大的数据，然后输入电脑，由电脑对数据进行分析，对偏差很大的数据进行自动脑，由电脑对数据进行分析，对偏差很大的数据进行自动取舍，再

10、进行绘图，便得到小电珠的伏安特性曲线取舍，再进行绘图，便得到小电珠的伏安特性曲线图实图实22 (2009浙江高考浙江高考)(1)如图实如图实23所示，所示，在在“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部实验中，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分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接图实图实23图实图实24 (2)某同学从标称为某同学从标称为“220 V 25 W”、 “ “ 220 V 300 W ” ” 、 “ “ 220 V 500 W ” ”的的3只灯泡中任选一只，正确只灯泡中任选一只，正确使用多用电表测量

11、灯泡阻值如图实使用多用电表测量灯泡阻值如图实64所示该灯泡的所示该灯泡的阻值是阻值是_ ，标称的额定功率为，标称的额定功率为_W. 解题指导解题指导(1)如图实如图实25所示实验要求电压从零所示实验要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法图实图实25 (2)1610 160 由于灯泡正常工作时的电阻为由于灯泡正常工作时的电阻为R ，比不工作，比不工作时的电阻大的多，而时的电阻大的多，而“220 V 25 W”、 “ “ 220 V 300 W ” ” 、 “ “ 220 V 500 W ” ”正常工作时的电阻分别为正常工作时的电阻分别为1936 、1

12、61 和和98 .故标称的额定功率为故标称的额定功率为25 W.答案答案 (1)如图实如图实25所示所示(2)16025 某同学用如图实某同学用如图实26所示的电路测绘标有所示的电路测绘标有“3.8 V,0.3 A”的的小灯泡的灯丝电阻小灯泡的灯丝电阻R随电压随电压U变化的图象变化的图象(1)除了导线和开关外，有以下一些器材除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：可供选择：电流表：电流表：A1(量程量程100 mA，内阻约，内阻约2 )； A2(量程量程0.6 A，内阻约，内阻约0.3 )；电压表：电压表：V1(量程量程5 V，内阻约，内阻约5 k)； V2(量程量程15 V，内阻约，内阻约

13、15 k)；图实图实26滑动变阻器：滑动变阻器：R1(阻值范围阻值范围010 )； R2(阻值范围阻值范围02 k)；电源：电源：E1(电动势为电动势为1.5 V，内阻约为，内阻约为0.2 )； E2(电动势为电动势为4 V，内阻约为，内阻约为0.4 ) 为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表电压表_，滑动变阻器，滑动变阻器_，电源，电源_(填填器材的符号器材的符号) (2)根据实验数据，计算并描绘出根据实验数据，计算并描绘出RU的图象如图实的图象如图实67所示由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为所示由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝

14、电阻为_；当所加压为；当所加压为3.0 V时，灯丝电阻为时，灯丝电阻为_，灯泡，灯泡实际消耗的电功率为实际消耗的电功率为_W.图实图实27(3)根据根据RU图象，可确定小灯泡耗电功率图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压与外加电压U的的关系符合该关系的示意图是图实关系符合该关系的示意图是图实28中的中的_图实图实28 解题指导解题指导(1)电源的电动势要略大于额定电压，电源的电动势要略大于额定电压，所以电源应选所以电源应选E2；由小灯泡的标称值知其额定电流为；由小灯泡的标称值知其额定电流为0.3 A，所以选用的电流表的量程应略大于，所以选用的电流表的量程应略大于0.3 A，故电流表，故电流表应

15、选应选A2；为减小读数误差，在电压表量程满足条件的前；为减小读数误差，在电压表量程满足条件的前提下，应尽量选择小量程的电压表，故电压表应选提下，应尽量选择小量程的电压表，故电压表应选V1；为了调节电压方便，应选择小阻值的滑动变阻器，故滑为了调节电压方便，应选择小阻值的滑动变阻器，故滑动变阻器应选动变阻器应选R1. (2)小灯泡不工作时的电阻，即其两端电压为零的小灯泡不工作时的电阻，即其两端电压为零的阻值，由题给阻值，由题给RU图象可以看出，当小灯泡两端电压为图象可以看出，当小灯泡两端电压为0时所对应的电阻为时所对应的电阻为1.5 ；由图象可以看出，当小灯泡；由图象可以看出，当小灯泡两端的电压为

16、两端的电压为3.00 V时，所对应的电阻阻值为时，所对应的电阻阻值为11.5 ；小；小灯泡的功率为灯泡的功率为P W0.78 W. (3)当小灯泡两端的电压为当小灯泡两端的电压为0时，小灯泡的功率也为时，小灯泡的功率也为零，所以零，所以B、D均错；由均错；由P ，可在图象中选取几个，可在图象中选取几个特殊点，分别计算在不同电压下小灯泡的功率，定性地特殊点，分别计算在不同电压下小灯泡的功率，定性地作出作出PU图象，可得图象图象，可得图象A正确正确答案答案(1)A2V1R1E2(2)1.511.50.78(3)A 为了测定和描绘一只标有为了测定和描绘一只标有“220 V,40 W”的白炽灯丝的伏安

17、特的白炽灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电性曲线，可以利用调压变压器供电调压变压器是一种自耦变压器，它只调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈有一组线圈L，绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在，绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在220 V交交流电源的火线和零线间，输出端有一个滑动触头流电源的火线和零线间，输出端有一个滑动触头P，移动它，移动它图实图实29的位置，就可以使输出电压在的位置，就可以使输出电压在0250 V之间连续变化，如图之间连续变化，如图实实29中画出的是调压变压器的电路图符号实验室内备中画出的是调压变压器的电路图符号实验室内备有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导

18、线等实有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导线等实验必备器材验必备器材 (1)在图实在图实29中完成实验电路图，要求在额定电中完成实验电路图，要求在额定电压下测得的数据误差尽量小压下测得的数据误差尽量小 (2)说明按你的实验电路进行测量时，在电压较高段说明按你的实验电路进行测量时，在电压较高段与电压较低段进行比较，哪段的系统误差较大？为什么？与电压较低段进行比较，哪段的系统误差较大？为什么？ (3)如果根据测量结果作出的如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如图实该灯泡的伏安特性曲线如图实210所示，试根据图线确定：把两所示，试根据图线确定：把两只完全相同的只完全相同的“220 V,40 W”的白炽的白炽灯串联接在灯串联接在220 V交流电源的火线和零线间时，两只灯所消交流电源的火线和零线间时，两只灯所消耗的总功率是多大？耗的总功率是多大？图实图实610 解题指导解题指导(1)该设计是该设计是“描绘小灯泡的伏安特性描绘小灯泡的伏安特性曲线曲线”实验知识的迁移和拓展，将变压器接入电路，开实验知识的迁移和拓展，将变压器接入电路，开关接火线，采用伏安法测出关接火线，采用伏安法测出U、I值，安培表内接值，安培表内接 (2)在电压较低段误差大因为电压低时灯泡消耗在电压较低段误差大因为电压低时灯泡消耗的实际功率小，灯丝温度低，电阻小，对内接法而言，的实际功率小，