实验测绘小灯泡的伏安特性曲线.pdf

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线实验：测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、电流表的内接法和外接法的比较1.两种接法的比较电路电压表示数UVURUAUR误差分析电流表示数 IAIRUVURR测R真IAIR误差来源2.电流表内、外接的选择方法(1)直接比较法：当 RxRA时，采用内接法，当 RxRV时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”.(2)公式计算法当 Rx RARV时，用电流表内接法，当 Rx RARV时，用电流表外接法，当 Rx RARV时，两种接法效果相同.(3)试触法：图 1如图 1，把电压表的可动接线端分别试接b、c 两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法.二、滑动变阻器两种接法的比较电路组成变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法限流式采用“两下一上”的接法分压式电流表的分压作用内接法电压表示数UVUR电流表示数IAIRIVIRUVURR测R真IAIR电压表的分流作用外接法调压范围ERxE(不计电源内阻)RRx负载电阻的阻值 Rx与滑动变0E(不计电源内阻)(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值 Rx远大于滑动变阻器的总电阻 R适用情况阻器的总电阻 R 相差不多，或R 稍大，且电压、电流变化不要求从零调起三、测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IU 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 V0.7 A”或“3.8 V0.3 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，按图3 所示的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.(3)用同样的方法测量并记录几组U 和 I，填入下表.次数电压 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.(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点.(3)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.123456786.注意事项(1)因 IU 图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、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.(3)画 IU 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.一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择例 1有一个小灯泡上标有“4 V2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU 图线.现有下列器材供选择：A.电压表(05 V，内阻 10 k)B.电压表(015 V，内阻 20 k)C.电流表(03 A，内阻 1)D.电流表(00.6 A，内阻 0.4)E.滑动变阻器(10，2 A)F.滑动变阻器(500，1 A)G.学生电源(直流 6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图 3_(选填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验，请说明理由：_.图 3(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).(3)请根据(1)中所选电路，把图 4 中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.图 4答案(1)甲描绘小灯泡的 IU 图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据(2)ADE(3)如图所示解析因实验目的是要测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合适，这样小灯泡两端的电压可以从零开始调节，且能方便地测出多组数据.因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选 05 V 的 A，而舍弃 015 V 的 B，因15 V 的量程太大，读数误差大.小灯泡的额定电流 I0.5 A，则电流表应选 D.滑动变阻器 F的最大阻值远大于小灯泡内阻8，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用 部分的长度线8性关系差，故舍去，则应选 E.小灯泡电阻为电流表内阻的20 倍，电压表内阻是小灯泡0.410103电阻的1 250 倍，故电流表采用了外接法.8二、实验数据的处理例 2图 5 甲为“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，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U/VI/A小灯泡发光情况(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如图所示.(2)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IU 图线如图所示.(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 IU 图线可得电压 U3 V 时，I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R314.6.0.20510.200.02020.600.06031.000.10041.400.14051.800.17062.200.19072.600.20083.000.205不亮微亮逐渐变亮正常发光1.首先要根据表中数据选择合适的标度；2.描点后用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去.1.在图 6 中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R 的电路图，下列说法不正确的是()图 6A.甲图的接法叫电流表外接法，乙图的接法叫电流表内接法B.甲中 R测R真，乙中 R测R真C.甲中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应使RRV，故此法测较小电阻好D.乙中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使RRA，故此法测较大电阻好答案B解析题图甲叫做电流表的外接法，题图乙叫做电流表的内接法，A 正确；题图甲由于电压U表的分流导致电流的测量值偏大，由R 可知，R测R真；R 越小，电压表分流越小，误差I越小，因此这种接法适合测小电阻；题图乙由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大.由 RU 得 R测R真，R 越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，IB 错误，C、D 正确；故选 B.2.在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，所用器材有：小灯泡L、量程恰当的电流表 A 和电压表 V、直流电源 E、滑动变阻器 R、开关 S 等，要求小灯泡两端电压从0 开始变化.(1)实验中滑动变阻器应采用_接法(填“分压”或“限流”).(2)某同学已连接如图 7 所示的电路，在连接最后一根导线的c 端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的 2 个不当之处，并说明如何改正.图 7_._.答案(1)分压(2)开关 S 不应闭合，应处于断开状态滑动变阻器滑动触头P 位置不当，应将其置于 b 端1.有一未知电阻 Rx，为较准确地测出其阻值，先后用图1 中甲、乙两种电路进行测试，利用甲图测得的数据是“2.8 V5.0 mA”，而用乙图测得的数据是“3.0 V4.0 mA”，那么该电阻测得的较为准确的情况是()图 1A.560，偏大C.750，偏小答案DB.560，偏小D.750，偏大U2.83.0I5.04.0解析由于，即电流表的变化大，电压表的分流作用U2.8I5.0U大，根据试触法的原则，可知用电流表内接法比较准确，用题图乙电路，此时电阻为 R I3.0 V750.在电流表的内接法中，测量值大于真实值，故选D.4.0103A2.要测绘一个标有“3 V0.6 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：电池组(电动势为 4.5 V)；电流表(量程为 0250 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 0.3 A)(2)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.Rx15RV3 000(2)在(1)中已经明确了控制电路，然后要选择电流表的接法，题中3，而RA5Rx15200，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；(2)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 0.6 A，电压表量程为 3 V.所示读数为：_、_、_、_.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.(2)电流表量程为 0.6 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 0.10A，表示数为 0.24 A；电压表量程为 3 V，最小刻度为 0.1 V，应估读到 0.01 V，所以表U12.00 VU20.28示数为 2.00 V，表示数为 0.28 V，根据欧姆定律R18.3，R2I10.24 AI20.102.8.4.“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，提供的实验器材有：A.小灯泡(额定电压为 3.8 V，额定电流约为 0.3 A)B.电流表 A(00.6 A，内阻约为 0.5)C.电压表 V(06 V，内阻约为 5 k)D.滑动变阻器 R1(010，2 A)E.滑动变阻器 R2(0100，0.2 A)F.电源(6 V，内阻不计)G.开关及导线若干(1)实验中滑动变阻器选_(填“R1”或“R2”).(2)该同学设计了实验测量电路，通过改变滑动变阻器滑片的位置，使电流表的读数从零开始变化，记录多组电压表的读数U 和电流表的读数 I.请在图 4 甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整.图 4(3)该同学根据实验数据作出了如图乙所示的 UI 图像，根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而_(填“增大”、“减小”或“不变”).答案(1)R1(2)如图所示(3)增大解析“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应该设计成分压电路，滑动变阻器选择阻值范围小的 R1.由于小灯泡电阻小，采用电流表外接法.根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大.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 5 是没有连接完的实物电路.(已连接好的导线有 a、b、c、d、e、f 六根)图 5(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_.答案(1)连线如图(2)c 段导线断路或灯泡灯丝断了(3)右(4)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.