第二章 學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線

1、.學生實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線學習目的1.理解電流表的內(nèi)接法和外接法，并會進展正確選擇.2.理解滑動變阻器的兩種接法，能進展正確地應(yīng)用.3.學會描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法一、電表的讀數(shù)方法對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流值，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定準確度，按照指針的實際位置進展讀數(shù)即可103 V的電壓表和03 A的電流表讀數(shù)方法一樣，此量程下的準確度是0.1 V和0.1 A，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位2對于015 V量程的電壓表，準確度是0.5 V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到

2、0.1 V.3對于00.6 A量程的電流表，準確度是0.02 A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀，即讀到最小刻度的一半0.01 A.舉例：如圖1為電流表和電壓表的刻度盤圖1甲圖中，電流表使用0.6 A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02 A，表針示數(shù)為0.44 A；當使用3 A量程時，每一小格為0.1 A，表針示數(shù)為2.20 A.乙圖中，電壓表使用3 V量程時，每小格為0.1 V，表針示數(shù)為1.70 V；使用15 V量程時，每小格為0.5 V，表針示數(shù)為8.5 V.二、描繪小燈泡的伏安特性曲線1實驗原理用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組U

3、，I值，在IU坐標系中描出各對應(yīng)點，用一條平滑的曲線將這些點連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖2所示圖22實驗器材學生電源46 V直流或電池組、小燈泡“4 V0.7 A或“3.8 V0.3 A、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導線假設(shè)干、鉛筆、坐標紙3實驗步驟1根據(jù)小燈泡上所標的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按實驗電路圖連接好實物圖注意開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零2閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I.3用同樣的方法測量并記錄幾組U和I，填入下表.次數(shù)12345678電壓U/V電流I/A4斷開開關(guān)，整理好器材4數(shù)

4、據(jù)處理1在坐標紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標系2在坐標紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點3將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線5實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析1結(jié)果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線，而是向橫軸彎曲的曲線2分析：燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化曲線向橫軸彎曲，即曲線上的點與原點的連線的斜率變小，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大6本卷須知1因IU圖線是曲線，本實驗要測出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法2由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法3畫IU圖線時縱軸、橫軸的標度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜，不要畫成折線

5、，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對個別偏離較遠的點應(yīng)舍去一、實驗原理的理解和實驗電路、實驗器材的選擇例1在“描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗中，選擇“3 V0.5 A的小燈泡作為研究對象，請答復下面幾個問題：1以下實驗器材中應(yīng)選擇_填入器材序號A電流表量程00.6 A, 內(nèi)阻約1 B電流表量程03 A，內(nèi)阻約1 C電壓表量程015 V，內(nèi)阻約10 kD電壓表量程03 V，內(nèi)阻約2 kE滑動變阻器阻值0100 F滑動變阻器阻值010 G電源電動勢約為6 V，內(nèi)阻不計H開關(guān)S，導線假設(shè)干2在本實驗中，滑動變阻器應(yīng)采用_填“分壓或“限流接法，電流表應(yīng)采用_填“內(nèi)或“外接法3在圖3方框中畫出實驗電路圖，并用實線代

6、替導線，將圖4中的器材連接成可供實驗的電路圖3圖4答案1ADFGH2分壓外3見解析圖解析1燈泡額定電流為0.5 A，電流表選擇A；燈泡額定電壓為3 V，電壓表選擇D；為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選擇F；實驗還需要電源、開關(guān)與導線，故需要的實驗器材為：ADFGH；2描繪小燈泡伏安特性曲線要求電壓與電流從零開場變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法；由于燈泡電阻遠小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用外接法；3滑動變阻器采用分壓式接法，電流表采用外接法，電路圖如圖甲所示：根據(jù)電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖乙所示：二、實驗數(shù)據(jù)處理例2如圖5甲所示為“測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗的實物電路圖，小燈泡的額定電壓為

7、3 V.圖51在圖乙方框圖中畫出與實物電路相對應(yīng)的電路圖2完成以下實驗步驟：閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，滑片應(yīng)停留在滑動變阻器的最_選填“左或“右端；閉合開關(guān)后，逐漸挪動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓到達額定電壓；記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線.編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小燈泡發(fā)光情況不亮 微亮 逐漸變亮 正常 發(fā)光3數(shù)據(jù)分析：從圖線上

8、可以得知，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是_圖線說明導體的電阻隨溫度的升高而_小燈泡正常工作時的電阻約為_保存到小數(shù)點后一位答案1見解析圖2左見解析圖3先不變，后逐漸增大增大14.6 解析1與實物電路相對應(yīng)的電路圖如圖甲所示2為保護電路平安，開關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于最左端根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的IU圖線如圖乙所示3從圖線上可以得知，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大圖線說明導體的電阻隨溫度的升高而增大根據(jù)IU圖線可得電壓U3 V時，I0.205 A，所以小燈泡正常工作時的電阻約為R 14.6 .1分別讀出下表中的電壓表和電流表的示數(shù)，并填

9、在表格中.電表所選量程測量值015 V03 V03 A00.6 A答案11.0 V2.20 V0.80 A0.16 A解析015 V的最小分度為0.5 V，讀數(shù)為11.0 V；03 V的最小分度為0.1 V，讀數(shù)為2.20 V；03 A的最小分度為0.1 A，讀數(shù)為0.80 A；00.6 A的最小分度為0.02 A，讀數(shù)為0.16 A.2在“描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中，可供選擇的實驗器材如下：小燈泡L“3.8 V0.3 A電壓表V量程05 V，內(nèi)阻約5 k電流表A1量程0100 mA，內(nèi)阻約4 電流表A2量程0500 mA，內(nèi)阻約0.4 滑動變阻器R1最大阻值10 ，額定電流1.0 A滑

10、動變阻器R2最大阻值500 ，額定電流0.5 A直流電源電動勢約為6 V，內(nèi)阻不計開關(guān)S，導線假設(shè)干1在上述器材中，滑動變阻器應(yīng)選_；電流表應(yīng)選_2在虛線框內(nèi)畫出實驗的電路圖，并在圖中注明各元件的符號答案1R1A22見解析圖解析1此題滑動變阻器采用分壓式接法，為了便于調(diào)節(jié)，應(yīng)中選用最大阻值較小的滑動變阻器，故滑動變阻器應(yīng)選R1.電流表A1的量程太小，故電流表應(yīng)選A2.2電路圖如下圖，因為燈泡的電阻比較小，電流表用外接法3在“描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中，實驗室備有以下器材供選擇：A待測小燈泡“3 V,0.6 AB電流表A1量程3 A，內(nèi)阻約為1 C電流表A2量程0.6 A，內(nèi)阻約為5 D電

11、壓表V1量程3 V，內(nèi)阻約為10 kE電壓表V2量程15 V，內(nèi)阻約為50 kF滑動變阻器最大阻值為100 ，額定電流50 mAG滑動變阻器最大阻值為10 ，額定電流1 AH電源電動勢為4 V，內(nèi)阻不計I開關(guān)及導線等1電流表應(yīng)選用_；電壓表應(yīng)選_；滑動變阻器應(yīng)選用_填器材前面的字母2在圖6甲實物圖中，有部分線已連好，要求小燈泡的電壓從零開場測量，請連成符合要求的完好的電路圖3開關(guān)閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于_選填“A端“B端或“AB中間圖64某同學實驗后作出的IU圖像如圖乙所示，那么當燈泡兩端的電壓為2.4 V時，燈泡的實際電阻是_ 結(jié)果保存兩位有效數(shù)字答案1CDG2見解析圖3A端4

12、4.4解析2要求小燈泡的電壓從零開場變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法；電壓表內(nèi)阻遠大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，完好電路圖如下圖3由題圖甲可知，測量電路與滑動變阻器左側(cè)并聯(lián)，故為了保證電路的平安，開關(guān)閉合之前，滑片位置應(yīng)滑到A端；4由題圖乙可知，當電壓為2.4 V時，電流I0.55 A，由R得：R 4.4 .1.多項選擇用伏安法測未知電阻Rx時，假設(shè)不知Rx的大約數(shù)值，為了選擇正確的電流表接法以減小誤差，可將儀器按圖1所示接好，只空出一個電壓表的一個接頭K，然后將K分別與a、b接觸一下，觀察電壓表和電流表示數(shù)變化情況，那么圖1A假設(shè)電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aB假設(shè)電流表示數(shù)有顯著變化，

13、K應(yīng)接bC假設(shè)電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aD假設(shè)電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接b答案BC解析假設(shè)K從a移到b時，電流表讀數(shù)有顯著變化，說明電壓表的分流作用明顯，K應(yīng)接在b處，故A錯誤，B正確；假設(shè)K從a移到b時，電壓表讀數(shù)有顯著變化，說明電流表的分壓作用明顯，K應(yīng)接在a處，故C正確，D錯誤2要測繪一個標有“3 V0.6 W小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作已選用的器材有：電池組電動勢為4.5 V；電流表量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 ；電壓表量程為03 V，內(nèi)阻約3 k；開關(guān)一個、導線假設(shè)干1實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選以下中的_填字母代號A滑動變阻器最大阻

14、值20 ，額定電流1 AB滑動變阻器最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A2實驗的電路圖應(yīng)選用以下圖中的_填字母代號答案1A2B解析1 根據(jù)“燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作可知控制電路必定為“分壓電路，而“分壓電路需要用總阻值較小的滑動變阻器，應(yīng)選A.2在1中已經(jīng)明確了控制電路，然后要選擇電流表的接法，題中3，而200，可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯，故而應(yīng)選擇電流表的外接法，綜上可知電路圖應(yīng)選用圖B.3圖2是小組同學在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗的實物連接圖圖2圖31根據(jù)圖2在虛線框中畫出實驗電路圖；2調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖3

15、中的、所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V讀數(shù)為：_、_、_、_.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_答案見解析解析1由實物連接圖可知電路圖如下圖2電流表量程為0.6 A時，最小刻度為0.02 A，讀數(shù)讀到小數(shù)點后兩位，所以表示數(shù)為0.10 A，表示數(shù)為0.24 A；電壓表量程為3 V時，最小刻度為0.1 V，應(yīng)估讀到0.01 V，所以表示數(shù)為2.00 V，表示數(shù)為0.28 V燈泡兩端電壓小，電流就小，故為同一組數(shù)據(jù)，為另一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律R18.3 ，R2 2.8 .4一個小燈泡上標有“4 V0.5 A的字樣，如今要用伏安法描繪這個燈泡的IU圖線現(xiàn)有以下器材供選擇：A電壓表05 V

16、，內(nèi)阻約10 k B電壓表015 V，內(nèi)阻約20 kC電流表03 A，內(nèi)阻約1 D電流表00.6 A，內(nèi)阻約0.4 E滑動變阻器10 ，2 A F滑動變阻器500 ，1 AG電源直流6 V、開關(guān)、導線假設(shè)干圖41實驗時，選用圖4中_填“甲或“乙電路圖來完成實驗，請說明理由：_.2實驗中所用電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_用字母序號表示3把圖5所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖圖5答案1甲描繪燈泡的IU圖線所測數(shù)據(jù)需從零開場，并要多取幾組數(shù)據(jù)2ADE3如下圖5在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗時，所用器材有：電動勢為6 V的電源，額定電壓為2.5 V的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動

17、變阻器、電表、開關(guān)和導線要求能測出盡可能多組數(shù)據(jù)，如圖6所示是沒有連接完的實物電路已連接好的導線有a、b、c、d、e、f六根圖61請你用筆畫線代替導線，將實物電路連接完好；2連好電路，閉合開關(guān)，挪動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，那么故障的原因可能是_；3排除故障后閉合開關(guān)，挪動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，假設(shè)要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向_端滑動選填“左或“右；4圖線是曲線而不是過原點的直線，原因是_.答案1連線如圖2c段導線斷路或燈泡燈絲斷了3右4燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大解析1測繪小燈泡的伏安特性曲線要求滑動變阻器使用分壓式接法，

18、這樣能使小燈泡兩端的電壓從零開場逐漸增大，小燈泡電阻與電流表內(nèi)阻往往相差不大，而且由于實物圖中已經(jīng)將電壓表負極與電流表正極和燈泡的左端連接好，只能將電壓表與燈泡直接并聯(lián)，采用電流表的外接法，這樣誤差較小2由于整個電路分成兩條支路，電壓表這條支路無故障，而燈泡這個支路出故障，只能是燈泡的燈絲斷了或c段導線斷路所致，導致電壓表直接接入干路，電阻過大，滑動變阻器無法控制電流，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)3小燈泡的額定電壓為2.5 V，要增大電壓必須調(diào)節(jié)滑動變阻器，讓滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分的電壓增大，所以P要向右滑動4從伏安特性曲線可以看出，電壓升高時，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值增大，故曲線說明了燈絲的電阻隨著溫度升高而增大6要測繪額定電壓為2