实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线一、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U­I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。2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化。三、实验器材小电珠(3.8V,0.3A)或(2.5V,0.6A)一个、电压表(0～3V～15V)与电流表(0～0.6A～3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按如图所示的原理图连接好实验电路。2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S。3．移动滑动变阻器滑片位置，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中，断开开关S。U(V)00.20.40.60.81.01.21.6I(A)U(V)2.02.42.83.23.63.8I(A)4.拆除电路，整理仪器。五、数据处理(画出伏安特性曲线)1．在坐标纸上以U为横轴，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，就得到小灯泡的伏安特性曲线。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．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数。3．在坐标纸上描点，作图带来误差。七、注意事项1．电路的连接方式(1)电流表应采用外接法。因为小灯泡“3.8V

0.3A”的电阻较小，与0～0.6A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接法，目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化。2．闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端，从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡因两端电压过大而烧坏灯丝。3．I­U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现很大误差。4．电流表选择0.6A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定。(1)若使用“3.8V

0.3A”的小灯泡，选用电压表的15V量程。(2)若使用“2.5V

0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程。5．当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录I后马上断开开关。6．误差较大的点要舍去，I­U图线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。(2012·合肥月考)有一个小电珠上标有“4V

2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的U­I图线。有下列器材供选用：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～10V，内阻20kΩ)C．电流表(0～3A，电阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(5Ω，1A)F．滑动变阻器(500Ω，0.2A)G．电源、开关一个、导线若干(1)实验中电压表应选用__________，电流表应选用__________。为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)。(2)请在方框内画出满足实验要求的电路图，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。【自主解答】

_____________________________________________________________________________________(2)满足实验要求的电路图如图：接成相应实物电路图如图。【答案】

(1)A

D

E

(2)见解析在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流—电压的数据如下表所示：(1)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化曲线如图所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因。【自主解答】

_____________________________________________________________________________________【解析】

(1)(2)电阻随电流增大而增大电流很小时，灯丝温度低，电阻变化不大；随灯丝温度升高快，电阻增大快；当温度达到一定值时，电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。【答案】

见解析1．为探究小电珠L的伏安特性，连好如图所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小电珠中的电流由零开始逐渐增大，直到小电珠正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U­I图象应是图中的(

)【答案】

C2．如图所示为伏安法测电阻的一种常用电路，以下分析正确的是(

)A．此接法的测量值大于真实值B．此接法的测量值小于真实值C．此接法要求待测电阻值小于电流表内阻D．开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最左端【答案】

AD3．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，A1、A2、A3为三个相同规格的小电珠，这种小电珠的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后(

)A．通过A1的电流为通过A2的电流的2倍B．A1的电阻为7.5ΩC．A1消耗的电功率为0.75WD．A2消耗的电功率为0.375W【答案】

C4．(2013·台州中学检测)某同学测绘标有“4.8V,0.3A”小灯泡的电功率随电压变化的图象，要使小灯泡两端电压从0至4.8V连续变化，为了使测量尽可能地准确，除了导线和开关外，可供选择的仪器还有(

)A．电流表：量程0～0.6A，内阻约为1ΩB．电流表：量程0～3A，内阻约为0.2ΩC．电压表：量程0～6V，内阻约为2kΩD．电压表：量程0～15V，内阻约为4.5kΩE．滑动变阻器：阻值范围0～20Ω，额定电流2AF．滑动变阻器：阻值范围0～2kΩ，额定电流0.5AG．电池组：电动势6V，内阻约为1Ω(1)选用的器材代号为________；(2)画出实验电路图；(3)如果根据实验测量的数据描出P­U图线如图所示，则小灯泡在1.5V电压下的电阻值为R＝________Ω。【解析】

(1)根据小灯泡的额定电压为4.8V，额定电流为0.3A，电压表选择C，电流表选择A。由于使小灯泡两端电压由0至4.8V连续变化，应采用分压电路，滑动变阻器阻值不宜太大，应选E；【答案】

(1)ACEG

(2)见解析(3)2.255．如图所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I­U特性曲线的实验器材。(1)根据实验原理，用笔画线代替导线，将图中的实验电路图连接完整。(2)开关S闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于________。(选填“A端”、“B端”或“AB中间”)(3)实验中测得有关数据如下表：U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27根据表中的实验数据，在下图中画出小灯泡的I­U特性曲线。(4)若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Ω，并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比，试估算该小灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为________℃。(保留三位有效数字)【解析】

(1)对于小灯泡的伏安特性曲线的实验，电流和电压要从零开始调节，故本实验必须使用滑动变阻器分压式接法；由于小灯泡的电阻较小，实验室中的电压表内阻远大于小灯泡的电阻，故采用电流表外接法进行伏安法测电阻；在连接实物图时要注意电表的量程与正负极。(2)在实验开始前要检查电路的安全性，为了保护电流表和电压表，需要将滑动变阻器的分压值调为零，即将滑片置于A位置。(3)如答案中图所示。【答案】

(1)如图所示(2)A端(3)如图所示(4)1.64×103(1.58×103～1.65×103均对)6．(2012·安徽理综)下图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V。(1)完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，__________；②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________；③断开开关，……。根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。【解析】

(1)①在分压电路中为了保护灯泡所在支路，开关闭合前，滑动变阻器与灯泡所在支路并联部分的电阻为零，因此滑片应靠近左端。②必须测多组数据，并且使小灯泡两端电压达到额定电压，才能测绘小灯泡的伏安特性曲线。(2)见答案图。【答案】

(1)①使它靠近变阻器左端的接线柱②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)如图所示7．(2012·四川理综)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L，规格“4.0V,0.7A”；电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；电流表A2，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω；电压表V，量程3V，内阻rV＝9kΩ；标准电阻R1，阻值1Ω；标准电阻R2，阻值3kΩ；滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；学生电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干。(1)甲同学设计了如图1所示的电路