第二章学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标1理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择 2理解滑动变阻器的两种接法，能进行正确地应用.3学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.一、电表的读数方法对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读 数即可(1) 03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A ,看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位.(2) 对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V ,在读数时只要求读到小数点后

2、面一位，即读到0.1 V.(3) 对于00.6 A量程的电流表，精确度是 0.02 A ,在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘.图1甲图中，电流表使用 06 A量程时，刻度盘上的每一小格为002 A ,表针示数为 044 A ;当使用3 A量程时，每一小格为 01 A ,表针示数为2j20 A.乙图中，电压表使用 3 V量程时，每小格为 01 V,表针示数为 170 V ;使用15 V量程时， 每小格为05 V ,表针示数为 85 V.第1页二、描绘小灯泡的伏安特性曲线1 .实验原理用电流表测出流过小灯泡

3、的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U , I)值，在I-U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，即得小灯泡的伏安特性曲 线，电路图如图2所示.图22. 实验器材学生电源(46 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V 0.7 A”或“ 3.8 V 0.3 A” )、滑动变阻器、 电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.3. 实验步骤(1) 根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程,按实验电路图连接好实物图.(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)(2) 闭合开关S,调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.用

4、同样的方法测量并记录几组U和I ,填入下表.次数12345678电压U/V电流I/A(4) 断开开关，整理好器材.4. 数据处理(1) 在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系.在坐标纸中描出各组数据所对应的点.将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线.5. 实验结果与数据分析(1) 结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线.(2) 分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化.曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变小，电阻变大说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大. 6. 注意事项(1) 因I-U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值

5、、电流值，因此滑动变阻器 应采用分压式接法.(2) 由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法一(3) 画I-U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成 折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去.、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择1 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，选择“ 3 V 0.5 A”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：（1）下列实验器材中应选择 （ 填入器材序号 ）A .电流表（量程O0.6 A,内阻约1 ）B .电流表（量程03 A,内阻约1 ）C. 电压表（量程015 V,内阻约10 k ）D. 电压表（量程03 V ,

6、内阻约2 k ）E. 滑动变阻器（阻值0100 ）F. 滑动变阻器（阻值010 ）G. 电源（电动势约为6 V,内阻不计）H .开关S,导线若干（2）在本实验中，滑动变阻器应采用 （填“分压”或“限流”）接法，电流表应采用(填“内”或“外”)接法.(3) 在图3方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图4中的器材连接成可供实验的电路.图3图4答案ADFGH分压夕卜(3)见解析图解析(1)灯泡额定电流为05 A ,电流表选择 A ;灯泡额定电压为 3 V ,电压表选择D ;为方便实验操作，滑动变阻器应选择F;实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH ；(2) 描绘小灯泡伏安特

7、性曲线要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；(3) 滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示：根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图乙所示：二、实验数据处理2 如图5甲所示为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V.图5（1）在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.（2）完成下列实验步骤： 闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最 （选填“左”或右 ）端； 闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表 的多组读数，

8、直至电压达到额定电压； 记录如下8组U和I的数据，断开开关根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的 伏安特性曲线编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小灯泡发不亮微亮逐渐变亮正常光情况发光（3）数据分析： 从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是 图线表明导体的电阻随温度的升高而 . 小灯泡正常工作时的电阻约为 .（保留到小数点后一位）答案（1）见解析图（2）左见解析图（3）先不变，后逐渐增大增大14.6 解析（1）与实物电路相对应的电路图

9、如图甲所示.为保护电路安全，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.根据表格中的数据，画出小灯泡的I U图线如图乙所示.(3) 从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大. 图线表明导体的电阻随温度的升高而增大. 根据I U图线可得电压 U= 3 V时，I = 0.205 A,3 所以小灯泡正常工作时的电阻约为R= 0205 14.6 .1 .分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中电表所选量程测量值0 15 V03 V03 A0 0.6 A答案 11.0 V 2.20 V 0.80 A 0.16 A解析 015 V的最小分度为0.5 V

10、 ,读数为11.0 V;03 V的最小分度为 0.1 V ,读数为2.20 V;03 A的最小分度为 0.1 A ,读数为0.80 A;00.6 A的最小分度为 0.02 A ,读数为0.16 A.2 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验器材如下:小灯泡 L( “ 3.8 V 0.3 A”)电压表V(量程05 V ,内阻约5 k )电流表A 1(量程0100 mA ,内阻约4 )第7页电流表 A2（量程O500 mA ,内阻约 0.4 ）滑动变阻器R（最大阻值10 额定电流1.0 A）滑动变阻器R2（最大阻值500 额定电流05 A）直流电源（电动势约为6 V ,内阻不计）开

11、关S,导线若干（1）在上述器材中，滑动变阻器应选 ；电流表应选 第 # 页（2）在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号答案 （1）R1 A 2 （2）见解析图解析 （1） 本题滑动变阻器采用分压式接法，为了便于调节，应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器应选 Ri电流表Ai的量程太小，故电流表应选 A2.（2）电路图如图所示，因为灯泡的电阻比较小，电流表用外接法3在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室备有下列器材供选择：A 待测小灯泡“ 3 V,0.6 A”B .电流表Ai（量程3 A,内阻约为1 ）C .电流表A2（量程0.6 A ,内阻约为5 ）D .电压表

12、Vi（量程3 V ,内阻约为10 k ）E. 电压表 V2（量程15 V ,内阻约为 50 k ）F. 滑动变阻器（最大阻值为100 额定电流50 mA）G. 滑动变阻器（最大阻值为10 额定电流1 A）H. 电源（电动势为4V ,内阻不计）I开关及导线等（1）电流表应选用 ；电压表应选 ；滑动变阻器应选用 . （填器材前面的字母 ）（2）在图 6 甲实物图中，有部分线已连好，要求小灯泡的电压从零开始测量，请连成符合要求 的完整的电路图.第11页（3）开关闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于 （选填“ A端”“ B端”或“ AB中间”）图6某同学实验后作出的| U图像如图乙所示，则当灯泡两端

13、的电压为 2.4 V时，灯泡的实际 电阻是 结果保留两位有效数字）.答案（1）C D G见解析图（3）A 端（4）4.4解析（2）要求小灯泡的电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；电压表内阻远大 于灯泡电阻，电流表应采用外接法，完整电路图如图所示.（3）由题图甲可知，测量电路与滑动变阻器左侧并联，故为了保证电路的安全，开关闭合之前，滑片位置应滑到A端；由题图乙可知，当电压为 2.4 V时，电流I = 0.55 A ,由 R=卡得：R= 055 4.4 .1. （多选）用伏安法测未知电阻 RX时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将仪器按图 1所示接好，只空出一

14、个电压表的一个接头K ,然后将K分别与a、b接触一下，观察电压表和电流表示数变化情况，则（）图1A .若电流表示数有显著变化，K应接aB .若电流表示数有显著变化，K应接bC .若电压表示数有显著变化，K应接aD .若电压表示数有显著变化，K应接b答案 BC解析 若K从a移到b时，电流表读数有显著变化，说明电压表的分流作用明显，K应接在b处，故A错误，B正确；若K从a移到b时，电压表读数有显著变化，说明电流表的分压 作用明显，K应接在a处，故C正确，D错误.2. 要测绘一个标有“ 3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增 加到3 V,并便于操作已选用的器材有：电池

15、组（电动势为4.5 V）;电流表（量程为O250 mA ,内阻约5 ）电压表（量程为03 V ,内阻约3 k ）开关一个、导线若干（1）实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 （ 填字母代号 ）A 滑动变阻器（最大阻值20 额定电流1 A）B .滑动变阻器（最大阻值1 750 额定电流03 A）实验的电路图应选用下列图中的 （填字母代号）答案（1）A（2）B解析（1）根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V ,并便于操作”可知控制电路必定为“分压电路”，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选A.RX 15十 RV 3 OOO在中已经明确了控制电路，然后要选择电流表的接法，题中RA =

16、5 = 3 ,而-RX = 百=200,可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的外接法，综上可知电路图应选用图B.3 图2是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图.图2图3（1）根据图2在虚线框中画出实验电路图；调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图3中的、所示，电流表量程为 06 A ,电压表量程为3 V .读数为： 、两组数据得到的电阻分别为 和.答案见解析解析（1）由实物连接图可知电路图如图所示.电流表量程为06 A时，最小刻度为0.02 A,读数读到小数点后两位，所以表示数为010A ,表示数为0.24 A;电压表量程为3 V时，最小

17、刻度为 01 V ,应估读到0.01 V ,所以表示数为2.00 V ,表示数为0.28 V 灯泡两端电压小，电流就小，故为同一组数据,为另一组数据，根据欧姆定律RI=半12.00 V0.24 A 8.3 R2 = U =20.280.10= 2.8.4 一个小灯泡上标有“ 4 V 0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I U图线现有下列器材供选择:A .电压表（05 V ,内阻约10 k ）B .电压表（015 V,内阻约20 k ）C .电流表（03 A,内阻约1 Q ）D .电流表（00.6 A ,内阻约0.4 Q）E. 滑动变阻器（10 Q 2 A）F. 滑动变阻器（500,

18、 1 A）G. 电源（直流6 V）、开关、导线若干(1)实验时，选用图 4 中 (填“甲”或“乙” )电路图来完成实验，请说明理由：(2) 实验中所用电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 (用字母序号表示 )(3) 把图 5 所示的实验器材用实线连接成实物电路图图5答案 (1)甲 描绘灯泡的 IU 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E(3)如图所示5在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为 6 V 的电源，额定电压为 2.5 V 的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线要求能测出尽 可能多组数据，如图 6 所示是没有连接完的实物电路

19、 (已连接好的导线有 a、b、c、d、e、f 六根 )图6(1) 请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；(2) 连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转， 则故障的原因可能是 ；(3) 排除故障后闭合开关，移动滑片 P到某处，电压表的示数为 2.2 V ,若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 P向端滑动(选填“左”或“右”)；(4) 图线是曲线而不是过原点的直线，原因是 第 # 页答案（1）连线如图（2）c段导线断路或灯泡灯丝断了右灯丝的电阻会随温度的升高而增大解析（1）测绘小灯泡的伏安特性曲线要求滑动变阻器使用分压式接法，这样能使小灯泡两端

20、的电压从零开始逐渐增大，小灯泡电阻与电流表内阻往往相差不大，而且由于实物图中已经将电压表负极与电流表正极和灯泡的左端连接好，只能将电压表与灯泡直接并联，采用电流 表的外接法，这样误差较小.（2）由于整个电路分成两条支路，电压表这条支路无故障，而灯泡这个支路出故障，只能是灯泡的灯丝断了或 C段导线断路所致，导致电压表直接接入干路，电阻过大，滑动变阻器无法控制电流，电流表几乎不偏转（3）小灯泡的额定电压为2.5 V ,要增大电压必须调节滑动变阻器，让滑动变阻器与小灯泡并联部分的电压增大，所以P要向右滑动.（4）从伏安特性曲线可以看出，电压升高时，电压表示数与电流表示数的比值增大，故曲线说 明了灯丝的电阻随着温度升高而增大.6 要测绘额定电压为 2V的常用小灯泡的伏安特性曲线，