选修3-1 测绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实验测绘小灯泡的伏安特性曲线【实验目的，要做什么？实验目的，要做什么？】1.1.测绘小灯泡的伏安特性曲线。测绘小灯泡的伏安特性曲线。2.2.分析伏安特性曲线的变化规律。分析伏安特性曲线的变化规律。【实验器材实验器材】小灯泡小灯泡(2.5 V,0.6 A)(2.5 V,0.6 A)一个、电压表一个、电压表(0(03 V3 V15 V)15 V)与电流表与电流表(0(00.6 0.6 A A3 A)3 A)各一个、滑动变阻器各一个、滑动变阻器( (最大阻值最大阻值20)20)一个、学生低压直流电源一个、学生低压直流电源( (或电池组或电池组) )、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。、开关一个、导线

2、若干、坐标纸、铅笔。【实验原理，为什么这么做？实验原理，为什么这么做？】1.1.用电流表测出流过小灯泡的电流用电流表测出流过小灯泡的电流, ,用电压表测出小用电压表测出小灯泡两端的电压灯泡两端的电压, ,测出多组测出多组(U,I)(U,I)值值, ,在在U-IU-I坐标系中描坐标系中描出各对应点出各对应点, ,用一条平滑的曲线将这些点连起来。用一条平滑的曲线将这些点连起来。2.2.电流表外接：电流表外接：3.3.滑动变阻器采用分压式：使伏特表电压能从零开始滑动变阻器采用分压式：使伏特表电压能从零开始连续变化。连续变化。3.3.滑动变阻器两种接法的对比：滑动变阻器两种接法的对比：方式方式内容内容

3、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、并联关系不同串、并联关系不同负载负载R R上电压调节上电压调节范围范围 UE UE0UE0UE分压电路调节范围分压电路调节范围大大0RERR负载负载R R上电流调上电流调节范围节范围分压电路调节范围分压电路调节范围大大闭合闭合S S前触头位前触头位置置b b端端a a端端都是为了保护电路都是为了保护电路元件元件0EEIRRR E0IR【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.确定电流表、电压表的量程确定电流表、电压表的量程, ,采用电流表外接法采用电流表外接法, ,滑动变阻器采用分压滑动变阻器采用分压式接

4、法式接法, ,按如图所示的原理图连接好实验电路。按如图所示的原理图连接好实验电路。2.2.把滑动变阻器的滑片调节到图中把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端最左端, ,闭合开关闭合开关S S。3.3.移动滑动变阻器滑片位置移动滑动变阻器滑片位置, ,测出测出1212组左右不同的电压值组左右不同的电压值U U和电流值和电流值I,I,并并将测量数据填入表格中将测量数据填入表格中, ,断开开关断开开关S S。4.4.拆除电路拆除电路, ,整理仪器。整理仪器。U/VU/V0 00.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2I/AI/AU/VU/V1.61.62.02.02.42.

5、42.82.83.23.23.63.63.83.8I/AI/A二、数据处理二、数据处理1.1.在坐标纸上以在坐标纸上以U U为横轴为横轴, ,以以I I为纵轴为纵轴, ,建立坐标系。建立坐标系。2.2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点。在坐标纸上描出各组数据所对应的点。3.3.将描出的点用将描出的点用平滑的曲线平滑的曲线连接起来连接起来, ,就得到小灯泡的伏安特性曲线。就得到小灯泡的伏安特性曲线。应是平滑曲线而非折线应是平滑曲线而非折线【误差分析误差分析】1.1.系统误差：由于电压表、电流表不是理想电表系统误差：由于电压表、电流表不是理想电表, ,电表内电阻对电路的影电表内电阻对电路的影响带来

6、的误差。响带来的误差。2.2.偶然误差：偶然误差：(1)(1)电压表、电流表的读数带来的误差。电压表、电流表的读数带来的误差。(2)(2)在坐标纸上描点、作图带来的误差。在坐标纸上描点、作图带来的误差。【注意事项注意事项】1.1.闭合开关闭合开关S S前前, ,滑动变阻器滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为滑片应移到使小灯泡分得电压为0 0的一端的一端, , 为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏。为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏。2.I-U2.I-U图线在图线在U=1.0VU=1.0V左右将发生明显弯曲左右将发生明显弯曲, ,故在故在U=1.0VU=1.0V左右要

7、多测几组数左右要多测几组数据据, ,以防出现很大误差。以防出现很大误差。3.3.误差较大的点要舍去误差较大的点要舍去,I-U,I-U图线。图线。4.4.建立坐标系时建立坐标系时, ,纵轴表示电流纵轴表示电流, ,横轴表示电压横轴表示电压, ,两坐标轴选取的标度要两坐标轴选取的标度要合理合理, ,使得根据测量数据使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸画出的图线尽量占满坐标纸。热点热点1 1 实验器材、电路的选取实验器材、电路的选取【典例典例1 1】(2013(2013天津高考天津高考) ) 测绘一个标有测绘一个标有“3 V3 V0.6 W”0.6 W”小灯泡的伏安特性曲小灯泡的伏安特性曲线线,

8、 ,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,3 V,并便于操作。已选用的器材有：并便于操作。已选用的器材有：电池组电池组( (电动势为电动势为4.5 V,4.5 V,内阻约内阻约1);1);电流表电流表( (量程为量程为0 0250 mA,250 mA,内阻约内阻约5);5);电压表电压表( (量程为量程为0 03 V,3 V,内阻约内阻约3 k);3 k);电键一个、导线若干。电键一个、导线若干。(1)(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的实验中所用的滑动变阻器应选下列中的( (填字母代号填字母代号) )。A.A.滑动变阻器滑动变阻器( (最大阻值最大阻值2

9、020, ,额定电流额定电流1 A)1 A)B.B.滑动变阻器滑动变阻器( (最大阻值最大阻值1 750,1 750,额定电流额定电流0.3 A)0.3 A)(2)(2)实验的电路图应选用下列的图实验的电路图应选用下列的图( (填字母代号填字母代号) )。(3)(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示, ,如果将这个小灯泡接到电如果将这个小灯泡接到电动势为动势为1.5 V,1.5 V,内阻为内阻为55的电源两端的电源两端, ,小灯泡消耗的功率是小灯泡消耗的功率是W W。答案：答案：(1)A(1)A(2)B(2)B(3)0.1(3)0.1热点热点2 2 电路

10、的连接和实验数据分析电路的连接和实验数据分析【例例2 2】(2011(2011广东高考广东高考) )描绘小电珠的伏安特性曲线实验中描绘小电珠的伏安特性曲线实验中, ,实验器材有：小电珠实验器材有：小电珠(2.5V,0.6 W),(2.5V,0.6 W),滑动变阻器滑动变阻器, ,多用电表多用电表, ,电流表电流表, ,学生电源学生电源, ,开关开关, ,导线若干。导线若干。(1)(1)测小电珠的电阻测小电珠的电阻, ,应选择多用电表应选择多用电表倍率的电阻挡倍率的电阻挡( (“1”“1”“10”10”或或“100”);100”);调零后调零后, ,将表笔分别与小电珠的两极连接将表笔分别与小电珠

11、的两极连接, ,示数如图甲示数如图甲, ,结果为结果为。(2)(2)实验中使用多用电表测量电压实验中使用多用电表测量电压, ,请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线。请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线。(3)(3)开关闭合前开关闭合前, ,应将滑动变阻器的滑片应将滑动变阻器的滑片P P置于置于端端, ,为使小电珠亮度增加为使小电珠亮度增加,P,P应由中点向应由中点向 端滑动。端滑动。数据点数据点a ab bc cd de ef fU/VU/V0.000.000.500.501.001.001.501.502.002.002.502.50I/AI/A0.0000.0000.1220.1220

12、.1560.1560.1850.1850.2160.2160.2440.244(4)(4)如表为电压等间隔变化测得的数据如表为电压等间隔变化测得的数据, ,为了获得更准确的实验图像为了获得更准确的实验图像, ,必须在相邻必须在相邻数据点数据点间多测几组数据间多测几组数据( (请选填请选填“ab”“bc”“cd”“de”ab”“bc”“cd”“de”或或“ef”)ef”)。【标准解答标准解答】(1)(1)因为小电珠的电阻比较小因为小电珠的电阻比较小, ,故应该选故应该选“1 1”倍率倍率, ,由题图读得电由题图读得电阻为阻为7.57.5。(2)(2)因为小电珠的电阻比较小因为小电珠的电阻比较小,

13、 ,故伏安法测量时应该用电流表外接法故伏安法测量时应该用电流表外接法, ,测量的电压测量的电压应该从零开始应该从零开始, ,故滑动变阻器要用分压式接法故滑动变阻器要用分压式接法, ,实物连接如图所示。实物连接如图所示。(3)(3)开关闭合前滑片开关闭合前滑片P P应置于应置于a a端端, ,为了使小电珠亮度增为了使小电珠亮度增加加, ,应使滑片从中点向应使滑片从中点向b b端滑动。端滑动。(4)ab(4)ab之间电流增加了之间电流增加了0.122A,0.122A,其他段电流依次增加了其他段电流依次增加了0.03A0.03A左右左右, ,所以需要在所以需要在abab之间将电流分为之间将电流分为0

14、.030A0.030A、0.060A0.060A、0.090A,0.090A,分别测出相应的电压值。分别测出相应的电压值。答案：答案：(1)(1)1 17.57.5(2)(2)见标准解答图见标准解答图(3)a(3)ab b(4)ab(4)ab【双基题组双基题组】1 1.(2013.(2013宁波模拟宁波模拟) )在利用滑动变阻器改变灯泡亮度的电路图中在利用滑动变阻器改变灯泡亮度的电路图中, ,开关闭合前滑开关闭合前滑动变阻器的接法最合理且路端电压最大的是动变阻器的接法最合理且路端电压最大的是( () )【解析解析】选选B B。ABAB选项中闭合开关前选项中闭合开关前, ,滑片远离下接线柱滑片远

15、离下接线柱, ,接入电路的电接入电路的电阻最大阻最大, ,电路中电流最小电路中电流最小, ,路端电压最大路端电压最大,B,B正确正确2.(20132.(2013厦门模拟厦门模拟) )在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中, ,可以同时测定小电可以同时测定小电珠的功率和电阻。珠的功率和电阻。(1)(1)测得的小电珠的功率与实际的功率相比较测得的小电珠的功率与实际的功率相比较, ,测量功率测量功率( () )A.A.总偏大总偏大 B.B.总偏小总偏小 C.C.无误差无误差 D.D.都有可能都有可能(2)(2)小电珠的电阻的测量值与实际值相比较小电珠的电阻的测量值与实际

16、值相比较( () )A.A.偏大偏大 B.B.偏小偏小 C.C.有时偏大有时偏大, ,有时偏小有时偏小 D.D.都有可能都有可能答案：答案：(1)A(1)A(2)B(2)B3.(20133.(2013济南模拟济南模拟) )有一个小电珠上标有有一个小电珠上标有“4V4V2 W”2 W”的字样的字样, ,现在要用伏安法描现在要用伏安法描绘这个电珠的绘这个电珠的U-IU-I图线图线, ,下列器材供选用：下列器材供选用：A.A.电压表电压表(0(05 V,5 V,内阻内阻10 k)10 k)B.B.电压表电压表(0(010 V,10 V,内阻内阻20 k)20 k)C.C.电流表电流表(0(00.3

17、A,0.3 A,内阻内阻1)1)D.D.电流表电流表(0(00.6 A,0.6 A,内阻内阻0.4)0.4)E.E.滑动变阻器滑动变阻器(5,10 A)(5,10 A)F.F.滑动变阻器滑动变阻器(500,0.2 A)(500,0.2 A)(1)(1)实验中电压表应选用实验中电压表应选用, ,电电流表应选用流表应选用( (用序号字母表示用序号字母表示) )(2)(2)为使实验误差尽量减小为使实验误差尽量减小, ,要求电要求电压从零开始变化且多取几组数据压从零开始变化且多取几组数据, ,滑滑动变阻器应选用动变阻器应选用( (用序用序号字母表示号字母表示) )。(3)(3)请在方框内画出满足实验要

18、求的请在方框内画出满足实验要求的电路图电路图, ,并把图中所示的实验器材用并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。实线连接成相应的实物电路图。答案：答案：(1)A(1)AD D(2)E(2)E(3)(3)见解析见解析【解析解析】(1)(1)因电珠的额定电压为因电珠的额定电压为4 V,4 V,为保证安全为保证安全, ,选用的电压表量程应选用的电压表量程应稍大于稍大于4 V,4 V,但不能大太多但不能大太多, ,量程太大则示数不准确量程太大则示数不准确, ,故只能选用故只能选用0 05 V5 V的的电压表电压表, ,故选故选A A。由。由P=UIP=UI得得, ,电珠的额定电流电珠的额

19、定电流I= =0.5A,I= =0.5A,故应选择故应选择0 00.6A0.6A量程的电流表量程的电流表, ,故选故选D D。(2)(2)由题意可知由题意可知, ,电压从零开始变化电压从零开始变化, ,并要多测几组数据并要多测几组数据, ,故只能采用滑动故只能采用滑动变阻器分压接法变阻器分压接法, ,而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器, ,故选故选E E。PU(3)(3)电珠内阻电珠内阻R= =8,R= =8,电压表内阻远大于电珠内阻电压表内阻远大于电珠内阻, ,应采用电流表外应采用电流表外接法接法, ,故电路图和实物连接图如图所示。故电路图和实物连接图如

20、图所示。答案：答案：(1)A(1)AD D(2)E(2)E(3)(3)见解析见解析2UP4.(20134.(2013杭州模拟杭州模拟) )某同学在研究标有某同学在研究标有“3V3V、0.3 A”0.3 A”字样的小电珠的伏安特性字样的小电珠的伏安特性曲线的实验中得到一组曲线的实验中得到一组U U和和I I的数据：的数据：(1)(1)在虚线框内画出实验电路图。在虚线框内画出实验电路图。编号编号1 12 23 34 45 56 67 78 8U/VU/V0.200.200.600.601.001.001.401.401.801.802.202.202.602.603.003.00I/AI/A0.0

21、200.020 0.0600.060 0.1000.100 0.1400.140 0.1700.170 0.1900.190 0.2000.200 0.2050.205( (2)2)在图中的方格纸内画出在图中的方格纸内画出I-UI-U图线。图线。(3)(3)根据根据I-UI-U图线分析小电珠的电阻随温度升高而图线分析小电珠的电阻随温度升高而。(4)(4)小电珠工作电压为小电珠工作电压为3V3V时时, ,测得实际电功率为测得实际电功率为W W。增大增大0.620.626.(20116.(2011福建高考福建高考) )某同学在探究规格为某同学在探究规格为“6V,3W”6V,3W”的小电珠伏安特性曲

22、线实验中：的小电珠伏安特性曲线实验中：(1)(1)在小电珠接入电路前在小电珠接入电路前, ,使用多用电表直接测量小电珠的电阻使用多用电表直接测量小电珠的电阻, ,则应将选择开关旋至则应将选择开关旋至挡进行测量。挡进行测量。( (填选项前的字母填选项前的字母) )A.A.直流电压直流电压10V B.10V B.直流电流直流电流5mA C.5mA C.欧姆欧姆100 D.100 D.欧姆欧姆1 1(2)(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R R为滑动变阻器为滑动变阻器 ( (阻值范围阻值范围0 020,20,额定电流额定电流1.0A),L1.0A),L

23、为待测小电珠为待测小电珠, , 为电压表为电压表( (量程量程6V,6V,内阻内阻20k), 20k), 为电流为电流表表( (量程量程0.6A,0.6A,内阻内阻1),E1),E为电源为电源( (电动势电动势8V,8V,内阻不计内阻不计),S),S为开关。为开关。.在实验过程中在实验过程中, ,开关开关S S闭合前闭合前, ,滑动变阻器的滑片滑动变阻器的滑片P P应置于最应置于最端端;(;(选填选填“左左”或或“右右”) )7.(20127.(2012安徽高考安徽高考) )如图为如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图实验的实物电路图, ,已已知小灯泡额定电压为知小灯泡额定电压为2.5V2.5V。(1)(1)完成