龙啊振第二章(电学实验)描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、电学实验电学实验之之 描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线 一、实验目的：一、实验目的： 通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析 曲线的变化规律变化，从而了解它的导电特性。曲线的变化规律变化，从而了解它的导电特性。 二、实验原理：二、实验原理： 金属物质的电阻率随温度升高而增大金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得，从而使得 一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。 对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝 的电阻值可以相差几倍到几十倍。的电

2、阻值可以相差几倍到几十倍。它的伏安特性它的伏安特性 曲线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的曲线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的。 本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝 灯泡在某一电压变化范围内，其阻值灯泡在某一电压变化范围内，其阻值变化，从而变化，从而 了解其导电特性。了解其导电特性。 三、实验器材三、实验器材 小灯泡、电压表、电流小灯泡、电压表、电流 表、表、4V4V6V6V学生电源、滑学生电源、滑 动变阻器、导线若干、电动变阻器、导线若干、电 键键等等 四、实验电路图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 （1 1）因为因为

3、小灯泡的电阻较小小灯泡的电阻较小（1010左右）所以左右）所以 测量电路应该选用测量电路应该选用安培表外接法安培表外接法。 （2 2）因为因为作图需要多个点作图需要多个点，所以控制电路选用，所以控制电路选用 滑动变阻器分压式接法滑动变阻器分压式接法。 2 2、实物接线图、实物接线图 （1 1）先连好电源、）先连好电源、开关开关、滑动变阻器所组成的串联电、滑动变阻器所组成的串联电 路路（第一圈）（第一圈）; ; （2 2）将小灯泡、电流表串联好，再接到滑动变阻器的）将小灯泡、电流表串联好，再接到滑动变阻器的 两个接线柱上两个接线柱上（第二圈）（第二圈）; ; （3 3）最后将）最后将电压表电压表

4、并并联联接在小灯泡的两端接在小灯泡的两端（第三圈）（第三圈）; ; （4 4）注意滑动变阻器的滑动触头实验初应在使小灯泡）注意滑动变阻器的滑动触头实验初应在使小灯泡 短路的位置。短路的位置。 （5 5）注意安培表、）注意安培表、电压表电压表的量程和正负接线柱（若选的量程和正负接线柱（若选 用的是标有用的是标有“3.8V 0.3A3.8V 0.3A”的小灯泡，电流表应选用的小灯泡，电流表应选用0-0- 0.6A0.6A量程；电压表始时应选用量程；电压表始时应选用0-3V0-3V量程，当电压调到量程，当电压调到 接近接近3V3V时，再改用时，再改用0-15V0-15V量程。）量程。） 四、实验电路

5、图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 四、实验电路图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 （1 1）先连好电源、）先连好电源、开关开关、整个整个滑动滑动 变阻器所组成的串联电路变阻器所组成的串联电路（第一圈）（第一圈）; ; 四、实验电路图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 （2 2）将小灯泡、电流表串联好，）将小灯泡、电流表串联好， 再接到滑动变阻器的再接到滑动变阻器的一上一下两一上一下两接接 线柱上线柱上（第二圈）（第二圈）; ; 四、实验电路图四、实验电路图

6、1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 （3 3）最后将）最后将电压表电压表并并联联接在小灯接在小灯 泡的两端泡的两端（第三圈）（第三圈）; ; 四、实验电路图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 （4 4）注意实验）注意实验前前滑动变阻器的滑动变阻器的 滑滑片片应在使小灯泡短路的位置。应在使小灯泡短路的位置。 （靠近线多一端）（靠近线多一端）图中最左端图中最左端 四、实验电路图四、实验电路图 1 1、线路原理图、线路原理图 2 2、实物接线图、实物接线图 （5 5）注意安培表、）注意安培表、电压表电压表的量程和正负的量程和正负

7、 接线柱（电压表始时应选用接线柱（电压表始时应选用0-3V0-3V量程，当量程，当 电压调到接近电压调到接近3V3V时，再改用时，再改用0-15V0-15V量程。）量程。） 五、实验步骤：五、实验步骤： 1 1按图连接好电路。按图连接好电路。 2 2检查无误后，将滑片调节至最左边附近、闭检查无误后，将滑片调节至最左边附近、闭 合电键，读出一组合电键，读出一组U U、I I值，记录于表格。值，记录于表格。 3 3再调节滑线变阻器的滑片到不同位置（开关再调节滑线变阻器的滑片到不同位置（开关 保持闭合状态）保持闭合状态），读出十二组不同的，读出十二组不同的U U、I I值，记值，记 录于表格。录于表

8、格。 4 4断开断开开关开关，整理好器材。，整理好器材。 5 5作作I-UI-U图，图，在坐标纸上以在坐标纸上以I I为纵轴、为纵轴、U U为横轴，为横轴， 并选取适当的并选取适当的标度与单位标度与单位。 6 6用描点法在坐标纸上标出各组用描点法在坐标纸上标出各组U U、I I值的对应点值的对应点 位置。位置。 7 7用平滑曲线将各点依次连接起来。用平滑曲线将各点依次连接起来。 8 8分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律。分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律。 9 9 记录表格：记录表格： 10 10 用描点法分用描点法分 析小灯泡伏安特析小灯泡伏安特 性曲线性曲线 （1）斜率表示）斜率表示 电阻的倒

9、数电阻的倒数 R 1 k （2）斜率越小，）斜率越小， 电阻越大。电阻越大。 RT PI 温度 功率）（3 0.51.01.5 2.02.5 3.0 六、实验注意事项六、实验注意事项 “描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验实验, ,应明确以下几点应明确以下几点 : : 1 1 由欧姆定律可知由欧姆定律可知,IU,IU图线应为一过原点的直线图线应为一过原点的直线. .但但 由于小灯泡的灯丝在其两端电压由由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0 0增至额定电压过程增至额定电压过程 中中, ,灯丝温度由室温升高到近灯丝温度由室温升高到近2000,2000,因此灯丝电阻率因此灯丝电阻率/ /

10、 电阻电阻有明显增大有明显增大, ,故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线. . 2 2 实验用的小灯泡通常为实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”“3.8V 0.3A”一类小电珠一类小电珠, , 其在白炽状态下电阻很小其在白炽状态下电阻很小, ,在室温下电阻更小在室温下电阻更小, ,因此为因此为 减小实验误差减小实验误差, ,测量电路应采用测量电路应采用电流表外接法电流表外接法. . 3 3 为使小灯泡上的电压能从为使小灯泡上的电压能从0 0开始连续变化开始连续变化, ,滑动变阻滑动变阻 器应采用分压式器应采用分压式连接。连接。 七、误差分析七、误差分析 1 1、测

11、量电路存在系统误差测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，未考虑电压表的分流， 造成测得的造成测得的I I值比真实值偏大，电阻比真实值值比真实值偏大，电阻比真实值偏偏小；小； 2 2、描绘描绘I IU U线时作图不准确线时作图不准确造成的偶然误差。造成的偶然误差。 3 3、电表读数时不准确电表读数时不准确造成的偶然误差。造成的偶然误差。 4 4 开关开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡 的电压逐渐增大，的电压逐渐增大，刚开始读数间隔密一些刚开始读数间隔密一些，几组之，几组之 后后电压表读数电压表读数可可每增加一个定值（如每增加一个定值（如0.0.5

12、V5V电压方便电压方便 控制）时，读取一次电流值控制）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使；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；电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压； 5 5 开关开关闭合前变阻器滑片移到电表读数为零端闭合前变阻器滑片移到电表读数为零端； 6 6 坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该 适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连连 线一定用平滑的曲线，不能画成折线线一定用平滑的曲线，不能画成折线。 一同学在实验中还测出一同学在实验中还测出a ,b ,c,a ,b ,

13、c,三种元件的伏安特三种元件的伏安特 性元件特性曲线分别如下图所示中的性元件特性曲线分别如下图所示中的a a ， b b ，c c ， 下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ） a a b b c c A aA a可以作为标准电阻使用可以作为标准电阻使用 B bB b能作为标准电阻使用能作为标准电阻使用 C bC b的阻值随电压的升高而增大的阻值随电压的升高而增大 D cD c的阻值随电压的升高而增大的阻值随电压的升高而增大 ACAC 例例1一个小灯泡的额定电压为一个小灯泡的额定电压为6.3V，额，额 定电流约为定电流约为0.3A，用以下所给的实验器材，用以下所给的实验器材 描绘出小灯泡的

14、伏安特性曲线，实验电描绘出小灯泡的伏安特性曲线，实验电 路图所示。路图所示。 电源电源E1：电动势为：电动势为8.0V，内阻不计；，内阻不计； 电源电源E2：电动势为：电动势为12.0V，内阻不计；，内阻不计； 电压表电压表V：量程为：量程为010V，内阻约为，内阻约为 10k 电流表电流表A1：量程为：量程为03A，内阻约为，内阻约为 0.1; 电流表电流表A2：量程为：量程为0300mA，内阻约，内阻约 为为1； 滑动变阻器滑动变阻器R：最大阻值：最大阻值10，额定电流，额定电流 1.0A； 开关开关S，导线若干。，导线若干。 依照实验电路图将图中的实物图连接成实验电路。依照实验电路图将图

15、中的实物图连接成实验电路。 实验中电源应该选用实验中电源应该选用 ；电流表应该选用；电流表应该选用 。 实验测出的数据如下表所示，依照这些数据在图所示的坐实验测出的数据如下表所示，依照这些数据在图所示的坐 标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。 解：解： 实验原理和实和连线如图所示。实验原理和实和连线如图所示。 小灯泡的额定电压为小灯泡的额定电压为63V,故电源用故电源用E1、小灯、小灯 泡的额定电流为泡的额定电流为03A，故电流表用，故电流表用A2 IU曲线如图所示。曲线如图所示。 例例2（04上海）、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变上海）、小灯泡灯丝的电

16、阻会随温度的升高而变 大大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和和 U分别表示小灯泡上的电流和电压）：分别表示小灯泡上的电流和电压）： （1）在左下框中画出实验电路图）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、可用的器材有：电压表、 电流表、滑线变阻器（变化范围电流表、滑线变阻器（变化范围010电源、小灯泡、电电源、小灯泡、电 键、导线若干键、导线若干. （2）在右图中画出小煤泡的）在右图中画出小煤泡的UI曲线曲线. （3）如果某一电池的电动势是）如果某一电池的电动势是1.5V,内阻是内阻是2.0.问问:将本题将本题 中的灯泡接在该电

17、池两端中的灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少小灯泡的实际功率是多少?（简要（简要 写出求解过程写出求解过程;若需作图若需作图,可直接画在第（可直接画在第（2）小题的方格图）小题的方格图 中）中） 解：（解：（1）见下图）见下图; （2）见下图）见下图 （3）作出）作出U=EIr图线，可得小灯泡工作电流为图线，可得小灯泡工作电流为 0.35安，工作电压为安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率伏，因此小灯泡实际功率 为为0.28瓦瓦 例例2的的UI图线及图线及U =EIr图线图线 1、某同学选用一只标有、某同学选用一只标有“3.8V 0.3A”的小灯泡，用电流表和电压的小灯泡，用电流

18、表和电压 表测量它在不同电压下的电流，从表测量它在不同电压下的电流，从 而计算出它在不同电压下的实际电而计算出它在不同电压下的实际电 阻值。根据实验数据画出的阻值。根据实验数据画出的I-U图图 象如右象如右.从图象看出从图象看出,电压越高，电压越高， 对应的实际电阻值越对应的实际电阻值越_，这说明灯丝材料的电阻率，这说明灯丝材料的电阻率 随温度的升高而随温度的升高而_。若实验室提供的器材是：若实验室提供的器材是： 电动势为电动势为6V，内阻很小的铅蓄电池；量程，内阻很小的铅蓄电池；量程0-0.6-3A的的 直流电流表；量程直流电流表；量程0-3-15V的直流电压表；最大阻值的直流电压表；最大阻

19、值 10的滑动变阻器；一只电键和若干导线。的滑动变阻器；一只电键和若干导线。 请画出正确的实验电路图；请画出正确的实验电路图； 并标出开始实验时所用的电表量程和滑动变阻器滑并标出开始实验时所用的电表量程和滑动变阻器滑 动触头的位置。动触头的位置。 解：解：曲线上每一点和原点的连线的斜率的倒数表曲线上每一点和原点的连线的斜率的倒数表 示该时刻对应的灯丝电阻。由图象可知随着电压示该时刻对应的灯丝电阻。由图象可知随着电压 的升高灯丝的电阻增大。这说明灯丝材料的电阻的升高灯丝的电阻增大。这说明灯丝材料的电阻 率随温度的升高而增大。率随温度的升高而增大。 正常工作时灯丝的电阻才十几个欧姆，电压低时正常工

20、作时灯丝的电阻才十几个欧姆，电压低时 电阻更小，所以应作为小电阻处理，测量部分应电阻更小，所以应作为小电阻处理，测量部分应 该用外接法。灯丝两端的电压要求从零开始逐渐该用外接法。灯丝两端的电压要求从零开始逐渐 增大，所以供电部分必须采用分压电路。开始时增大，所以供电部分必须采用分压电路。开始时 电流表量程应选用电流表量程应选用0.6A，电压表量程应选用，电压表量程应选用3V （快要超过（快要超过3V时再改用时再改用15V量程），滑动变阻器量程），滑动变阻器 滑动触头的位置应使灯丝两端分到的电压为零。滑动触头的位置应使灯丝两端分到的电压为零。 电路略。电路略。 2、为了研究、为了研究“3.8V,

21、0.3A”小灯泡的电阻随电流变化的规律，小灯泡的电阻随电流变化的规律， 某同学测量小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流的关系某同学测量小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流的关系.实实 验室可以提供的器材如下：验室可以提供的器材如下： 直流电源直流电源E（电动势约（电动势约4V，内阻可不计）；，内阻可不计）； 电流表电流表A（量程为（量程为00.6A，内阻约，内阻约0.5）；）； 电压表电压表V（量程为（量程为05V，内阻约，内阻约20k）；）； 滑动变阻器滑动变阻器R1（阻值（阻值010，额定电流，额定电流2A）；）； 滑动变阻器滑动变阻器R2（阻值（阻值0200，额定电流，额定电流1.5A） 电

22、键电键S及导线若干。及导线若干。 实验测得的数据记录在下表中：实验测得的数据记录在下表中： （1）请在坐标纸）请在坐标纸 上画出小灯泡的上画出小灯泡的 UI图线。图线。 （2）应选择的滑）应选择的滑 动变阻器为（填动变阻器为（填 写仪器符写仪器符 号）：号）： 。 （3）根据以上条件在虚线框中画出符合要求的实验）根据以上条件在虚线框中画出符合要求的实验 电路图，并在图中标出器材的符号。电路图，并在图中标出器材的符号。 （4）试求：电压为）试求：电压为1.50V和和2.80V时小灯泡的电阻值时小灯泡的电阻值 并说明它们大小不同的原因。（结果保留并说明它们大小不同的原因。（结果保留2位有效数位有效

23、数 字。）字。） 解答：（解答：（1）如图）如图a：（坐标选取合适；描点正确；：（坐标选取合适；描点正确； 将各点连成光滑曲线）将各点连成光滑曲线） （2）R1 （3）如图）如图b：（分压电路；电流表外接）：（分压电路；电流表外接） （4）由图可知：）由图可知：U1=1.50V时，时，I1=0.200A； U2=2.80V时，时，I2=0.275A， 得：得： RL1 = U1 / I1 = 7.5. RL2= U2 /I2 = 10 由于小灯泡两端的电压升高时，灯丝的温度升高，导由于小灯泡两端的电压升高时，灯丝的温度升高，导 致灯丝电阻变大。所以有：致灯丝电阻变大。所以有：RL2RL1 3、

24、电源的输出功率、电源的输出功率P跟外电路的电阻跟外电路的电阻R有关有关.图图222是研是研 究它们关系的实验电路究它们关系的实验电路.为了便于进行实验和保护蓄电为了便于进行实验和保护蓄电 池池E，给蓄电池串联了一个定值电阻，给蓄电池串联了一个定值电阻R0,把它们一起看把它们一起看 作电源（图中虚线框内部分）作电源（图中虚线框内部分）,电源的内电阻就是蓄电电源的内电阻就是蓄电 池的内电阻和定值电阻池的内电阻和定值电阻R0之和之和.在图在图1中给出了实验所中给出了实验所 用的器材用的器材,请按照图请按照图2的电路将仪器连接成实验电路的电路将仪器连接成实验电路. （电压表选（电压表选3V量程量程,电流表选电流表选0.6A量程）量程）. 某同学在实验时