18-19第3章实验2：描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实验二：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.会正确选择实验器材和实验电路.3.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.知识探究1. 一、实验原理和方法实验电路：小灯泡的电阻很小，电流表采用外接法；因电压要求从零开始连续变化，故滑动变阻器采用分压式接法.图实-2-12. 曲线形状：以I为纵轴、U为横轴画出小灯泡的I-U图线，由丁金届的电阻率（电阻）随温度的升高而增大，其伏安特性曲线不是一条直线.滑动变阻器的两种接法（1）两种接法的比较名称限流接法分压接法电路图-L-IMHv&闭合开关前滑片位置使滑动变阻器所用的电阻最大（电阻R的电流最小

2、），滑片应位于最左端使滑动变阻器与负载R并联的电阻为零（R的电流、电压为零），滑片应位于最左端负载两端的电压调节范围RUUR0+RUU0U通过负载的电流调节范围UURo+RR0R负载正常工作时电路的效率电路中总电流等丁负载R的电流，电路效孕较局电路中总电流大丁负载R的电流，电路效率较低（2）两种接法的选择：由丁限流式接法电路简单，耗能低，所以通常采用滑动变阻器的限流式接法，但在以下三种情况中，必须选择分压式接法.a.当待测电阻远大丁滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须选用分压电路.b. 若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过负载电阻或

3、电表的额定值时，只能采用分压式接法.c. 要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时（如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等），即大范围内测量时，必须采用分压式接法.二、实验器材小灯泡、46V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸.三、实验步骤1.按实验电路图连接电路，且使滑动变阻器的触头P滑至A端.2. 闭合开关，使触头P逐渐向B移动，测出12组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格.3. 断开开关，拆除电路，整理器材.1. 四、数据处理列表格：将记录的12组U、I值记录在表格中.实验次数123456789UI2. 描曲线：在坐标纸上以电流I为纵轴、电

4、压U为横轴建立直角坐标系，描点绘出I-U曲线.3. 分析规律：分析曲线变化规律，分析曲线不是直线的原因.1. 五、误差分析测量时，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大，而产生系统误差.2. 测量时读数不准，描绘I-U图线时作图不准确产生偶然误差.六、注意事项1.描绘I-U图线要求电压、电流从零开始变化，因此滑动变阻器采用分压接法.小灯泡的电阻较小，电流表采用外接法.2. 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，且要使实验中测出的各组数据均匀，间隔大致相等.3. 作图时两坐标轴的标度要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸.连线时误差较大的点要舍去，要用平滑的曲线而不

5、能画成折线.典例剖析，例El有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线.现有下列器材供选用：(1) 电压表(05V,内阻为10kQ)电压表(015V,内阻为20kQ)电流表(03A,内阻为1Q)电流表(00.6A,内阻为0.4Q)滑动变阻器(102A)滑动变阻器(500Q1A)学生电源(直流6V)、开关、导线若干实验时，选用图实-2-2甲而不选用图实-2-2乙的电路图来完成实验，请说明理由：.图实-2-2(2) 实验中所用电压表应选用，电流表应选用,滑动变阻器应选用.(用序号字母表示)把图实-2-3中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.图实-2-3解析(1)

6、因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用题图甲所示的分压式电路比较合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据.因小灯泡额定电压为4V,贝U电压表选05V的电压表A,而舍弃015V的电压表B,因为15V的量程太大，读数误差大.小灯泡的额定电流1=0.5A,则电流表选D.滑动变阻器F的最大阻值远大丁小灯泡的电阻，调节不方便，故舍弃.4小灯泡电阻为电流表内阻的若=20倍，电压表内阻是小灯泡电阻的=10.4O250倍，故电流表采用外接法.答案(1)描绘灯泡的I-U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A如图所示小电珠灯丝的电阻会随温度的升高而增大，

7、某同学为研究这一现象，利用下列实验器材：电压表、电流表、滑动变阻器（变化范围020Q）电源、小电珠、开关、导线若干来设计实验，并通过实验得到如下数据（I和U分别表示小电珠上的电流和电压）.I/A0.000.060.100.150.190.220.240.25U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0（1）请在下面的方框中画出实验电路图.（2）在图实-2-4中画出小电珠的U-I曲线.图实-2-4解析（1）由丁小电珠电阻值小，且两端电压从零开始变化，所以电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，如答案图所示.描点并连线如图所示.答案（1）如图所示（2）见解析图随堂自测即时达标1.要测

8、绘一个标有“3V0.6W”的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3V,并便丁操作.已选用的器材有：【导学号：46242135电池组E（电动势为4.5V,内阻约1Q）电流表A（量程为0250mA,内阻约5Q）电压表V（量程为03V，内阻约3kQ）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）.滑动变阻器R1（最大阻值为20Q额定电流为1A）滑动变阻器R2（最大阻值为1750Q额定电流为0.3A）（2）实验的电路图应选用下列的图（填字母代号）.解析描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始，需选用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器阻值应选较小的，故选A.由

9、丁灯泡电阻较小，正常工作工U2工*小54、土、皿工灯的小时R=P=15Q电流表选用外接法误差较小，故电路图选B.答案（1）AB2.以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：图实-2-5闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I,U),移动滑动变阻器的滑动触头位置，每移动一次记下一组(I,U)值，共测出12组左右的数据将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路.电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图实-2-5所示调节触头位置，使闭合开关前触头处丁滑动变阻器的左端按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线以上各步骤中存在错误或不妥之处的

10、是,应如何改正(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列起来：.解析(1)错误或不妥的步骤是A、C、D.A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I-U图线.C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即滑动变阻器触头应置丁滑动变阻器最右端.D步骤：应将各点用平滑的曲线连接起来.正确操作步骤顺序为B、C、A、D.3. 答案(1)见解析(2)B、C、A、D某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：编亏12345678U/V0.200.601.001.401

11、.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在图实-2-6中画出I-U图象.图实-2-6从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是.(2) 这表明小灯泡的电阻随温度的升高而.解析画出I-U图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来斜率逐渐减小说明电阻增大.4. 答案(1)I-U图象见解析图(2)开始时不变，后来增大(3)增大在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：(1) 【导学号：46242136】小灯泡：规格为“3.8V0.3A”电流表：量程00.6A,内阻约为0.5Q电

12、流表：量程03A,内阻约为0.1Q电压表：量程05V,内阻约为5kQ滑动变阻器：阻值范围010Q额定电流2A电池组：电动势6V开关一只，导线若十为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8V且能方便地进行调节，因此电流表应选.(填器材前的选项符号)根据你选用的实验器材，画出实验电路图，并将图实-2-7所示的器材连成实物电路.图实-2-7解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3A,为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示.甲乙答案(1)B(2)见解析5.有一个小灯泡上标有“4V

13、2W”的字样，现在要用伏安法测绘这个小灯泡的伏安特性曲线.现有下列器材供选用：(1) 电压表V1(05V,内阻约10kQ)电压表V2(010V,内阻约20kQ)电流表A1(00.3A,内阻约1Q)电流表A2(00.6A,内阻约0.4Q)滑动变阻器R1(010Q2A)滑动变阻器R2(0100Q0.2A)学生电源(直流6V),开关及导线为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表,电流表，滑动变阻器.(填写器材前的选项符号)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请在虚线框中画出实验电路图.如图实-2-8所示，P为I-U图线上的一点,PN为图线上P点的切线,PQ为U轴的垂线，PM为I轴

14、的垂线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将熬填“增大”“减小”或“不变”)；对应P点，小灯泡的电阻值约为Q结果保留三位有效数字)图实-2-8P2解析(1)灯泡额正电压为4V,电压表选A.灯泡额正电流1=°=4A=0.5A,则电流表选D.为方便实验操作，滑动变阻器选E.(2)电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；U4R8QRv卜*】Q灯泡正甬发光时电阻R="p=05Q=8Q击=04一百20,r=峰告-1250,昏RA，则电流表应采用外接法，电路J，图如图所示.由图象可知，随着所加电压的增加，通过小灯泡的电流增大，电压与电流的比值也增大，即灯泡电阻增大；

15、在P点U=2.4V,1=0.45A,此时灯泡电阻RU2.4.=_I0.45Q=5.33答案(1)ADE(2)电路图见解析(3)增大5.336.现用伏安法研究某电子器件Rx(6V2.5W)的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整(直接测量的变化范围尽可能大一些)，备有下列器材：A. 直流电源(电压包为6V);电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10Q)电流表A(00.6A,内阻未知)；滑动变阻器R1(020Q10A);滑动变阻器R(0200Q1A);定值电阻R。(阻值1990Q)开关与导线若干.根据题目提供的实验器材，请你在虚线框里画出测量电子器件Rx伏安特性曲线的电路原理图(Rx可用“一己”表示).(1) 在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用.(填写器材前的选项符号)将上述电子器件Rx和另一电子器件R2接入如图实-2-9甲所示的电路中，它们的伏安特性曲线分别如图实-2-9乙中Ob、Oa所示.电源的电压包为6.0V.调节滑动变阻器R3,使Rx和R2消耗的电功率恰好相等，贝U此时Rx和R2的阻值之和为QR3接入电路的阻值为Q.图实-2-9解析(1)要描绘电子器件的伏安特性曲线，要求电压从0开始测量，直接测量的变化范围大，滑动变阻器应采用分压式接法，由丁电流表G的内阻Rg是