第二章实验测绘小灯泡的伏安特性曲线

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1、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. 两种接法的比较内接法电路电压表示数UVURUAUR误差分析电流表示数 I A I RUVURR测I AI RR真电流表的分压作误差来源用外接法电压表示数UVUR电流表示数I AI RI VI RUVURR 测I AI RR真电压表的分流作用2. 电流表内、外接的选择方法(1) 直接比较法：当 Rx?RA 时，采用内接法，当 Rx?RV 时，采用外接法，即大

2、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限流式分压式电路组成变阻器接入电采用“一上一下”的接法采用“两下一上”的接法路的特点ERx调压范围R Rx E( 不计电源内阻 )0 E

3、( 不计电源内阻 )适用情况负载电阻的阻值 Rx 与滑动(1) 要求负载上电压或电变阻器的总电阻R相差不流变化范围较大，且从零多，或 R稍大，且电压、开始连续可调电流变化不要求从零调起(2) 负载电阻的阻值Rx 远大于滑动变阻器的总电阻R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 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 (4 6 V 直流 ) 或电池组、小灯泡 ( “4V0.7A”或“ 3.8 V0.3A”

4、) 、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 .(2) 在坐标纸中描出各组数据所对应的点 .(3) 将描

5、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 .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、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 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

6、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”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I UV 2 W图线 . 现有下列器材供选择：A. 电压表 (0 5 V ，内阻 10 k )B. 电压表 (0 15 V ，内阻 20 k )C.电流表 (0 3 A，内阻 1 )D. 电流表 (0 0.6 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

7、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 I U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I ，则电流表应选D

8、.滑动变阻0.5 A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8的长度线性关系差，故舍去，则应选E. 小灯泡电阻为电流表内阻的0.4 20 倍，电压表内阻是小灯泡电阻的 101031 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 3V.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

9、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12345678U0.200.601.001.401.802.202.603.00/VI /A0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205小灯泡发不亮微亮逐渐变亮正常发光光情况(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)

10、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I U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 I U 图线可得电压U3 V 时， I 0.205 A ，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R3 0.205 14.6 .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

11、，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R?RV，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 R?RA，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U压表的分流导致电流的测量值偏大，由R I 可知， R测 R 真 ；R 越小，电压表分流越小，误差越小，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.U由 RI 得

12、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， B 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、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.电压表 V(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

13、 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 V5.0mA”，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B.560 ，偏小C.750 ，偏小D.750 ，偏大答案DU2.8 3.0I5.0 4.0解析由于U2.8I5.0，即电流表的变化大，电压表的分流作用大，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U3.0 VRI 4.0 103 A 750 . 在电流表的内接法中，测量值大于真实值，故选D.2.

14、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

15、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RA53，而Rx15 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；(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

16、. 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 0.10 A ，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 ，所以表示数为2.00 V ，表示数为0.28 V ，根据欧姆定律R1 U12.00 V8.3 ， R2I 10.24 AU20.28 I 2 0.10 2.8 .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

17、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(0 10 ， 2 A)E. 滑动变阻器 R2(0 100 ， 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

18、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 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、开关和导线的电源，额定 . 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

19、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

20、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 .