第七章实验八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，就得到出各对应点，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小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2限流电路、分

2、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比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)，因为，因为Rx很小，限流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围很小，限流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围大分压式适合测量阻值较大的电阻大分压式适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻一般比滑动变阻器的总电阻要大器的总电阻要大)Rx很大，分压式中很大，分压式中Rx几乎不影响电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，便压的分配，触头移动时，电压变化接近线性关系，便于调

3、节于调节(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)仍超仍超过电流表过电流表(或电压表或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式电路流，则必须选用分压式电路(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，时，

4、待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路应改用分压电路(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 式电路式电路(4)在两种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”或或“4 V,0.6 A”)、4 V6 V学生学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、铅笔坐标纸、铅笔五、

5、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，按图阻器采用分压式接法，按图 图实图实81 实实81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.U(V)00.20.4

6、0.60.81.01.21.6I(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，因此测量电路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

7、求测出一组包括零在内的电图线，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，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的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分布在图线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，对电路的影响会由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路

8、的影响会 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 大于真实值大于真实值2测量时读数带来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，故由于人工读数和绘制伏安特性曲线时存在较大误差，故可采用可采用“DIS”数字化实验系统来进行数据的采集和处理，如图数字化实验系统来进行数据的采集和处理，如图实实82所示，电流和电压均可由传感器测出，并能得到尽所示，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

9、入电脑，由电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取舍，再进脑对数据进行分析，对偏差很大的数据进行自动取舍，再进行绘图，便得到小电珠的伏安特性曲线行绘图，便得到小电珠的伏安特性曲线图实图实82例例1(2011海淀模拟海淀模拟)在在“描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，可的实验中，可供选择的实验仪器如下：供选择的实验仪器如下：实验原理和实验器材实验原理和实验器材器材器材规格规格器材器材规格规格小电珠小电珠标有标有“3.8 V，0”字样字样滑动变阻滑动变阻器器R1最大阻值最大阻值10 ，额定电流额定电流 电压表电压表V

10、量程量程05 V，内阻约内阻约5 k滑动变阻滑动变阻器器R2最大阻值最大阻值1 k，额定电流额定电流 电流表电流表A1量程量程0100 mA，内阻约内阻约4 直流电源直流电源E电动势约为电动势约为6 V，内阻约为内阻约为0.5 电流表电流表A2量程量程0500 mA，内阻约内阻约0.4 导线、电键等导线、电键等(1)在上述器材中，滑动变阻器应选在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选；电流表应选_(2)在图实在图实83中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路整的实验电路图实图实83(3)利用实验中得到的实验数据在利用实验中得到的实验数据在IU坐

11、标系中，描绘出坐标系中，描绘出了图实了图实84所示的小电珠的伏安特性曲线根据此图所示的小电珠的伏安特性曲线根据此图给出的信息，可以判断出图实给出的信息，可以判断出图实85中正确的是中正确的是(图中图中P为小电珠功率为小电珠功率) ()图实图实84图实图实85图实图实86答案答案(1)R1A2(2)见解析见解析(3)BD实验数据的处理实验数据的处理例例2(2010浙江高考浙江高考)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”的实的实验中，某同学测得电流电压的数据如下表所示：验中，某同学测得电流电压的数据如下表所示：电流电流I/mA2.75.412.4 19.5 27.8 36.4 4

12、7.1 56.1 69.6 81.7 93.2电压电压U/V0.04 0.08 0.21 0.54 1.30 2.20 3.52 4.77 6.90 9.1211.46(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图实化曲线如图实87所示；请指出图线的特征，并解释形成所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因的原因 图实图实87答案答案(1)如图实如图实88所示所示图实图实88(2)电阻随电流增大电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同存在

13、三个区间，电阻随电流的变化快慢不同第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢丝温度升高变慢，电阻增大也变慢实验创新设计实验创新设计例例3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”的白炽灯丝的伏安特性曲线，可的白炽灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电调压变压器是以利用调压变压器供电调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈一种自耦变压器，它只有一组线圈L， 图实图实89绕在闭合的

14、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交流电源的火线和零线交流电源的火线和零线间，输出端有一个滑动触头间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压，移动它的位置，就可以使输出电压在在0250 V之间连续变化，如图实之间连续变化，如图实89中画出的是调压变压器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、导线等实验必备器材阻器、开关、导线等实验必备器材(1)在图实在图实89中完成实验电路图，中完成实验电路图，要求在额定电压下测得要求在额定电压下测得的数据误差尽量小

15、的数据误差尽量小(2)说明按你的实验电路进行测量时，说明按你的实验电路进行测量时，在电压较高段与电压较在电压较高段与电压较 图实图实89 低段进行比较，哪段的系统误差较大？为什么？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该灯泡的伏安特性曲线如图实如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如图实810所示，试根据图线确定：把两只完全相同的所示，试根据图线确定：把两只完全相同的“220 V,40 W”的白炽灯串联接在的白炽灯串联接在220 V交流电源的火线和零线间时，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？两只灯所消耗的总功率是多大？解析解析(1)该设计是该设计是“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验知识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的实际功率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，安培表的分压大，小，灯丝温度低，电阻小，对内接法而言，安培表的分压大，系统误差大系统误差大(3)两只白炽灯串联后分压各为两只白炽灯串联后分压各为11