測繪小燈泡的伏安特性曲線及U-I圖象的物理意義之歐陽光明創(chuàng)編

1、*陽光明*編 一、測繪燈泡的伏安性曲線（2021.03.07實驗原理測組燈的 U、I并繪出 IU 圖；由線斜反電流與電壓和溫度的關系實驗器材小燈泡 “3.8V,0.3A 電壓表 15V 、流表 0.6A 3A” 、動變阻器、學生電、開關、導線若干、坐標紙、鉛 筆實驗步驟畫電圖如圖甲(2)將燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生源、開關 用導線連接成如實驗原理乙所示電路測與錄移動滑動變阻器觸頭位置測出 組右不同的電壓值 和 流值 I并測量數(shù)據(jù)入自己設計的表格中數(shù)處坐紙上以 U 橫軸，I 為軸建立直角坐標系 坐紙上描出各組數(shù)所對應的點描的用滑曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特 性曲線實驗器材選取原

2、：全；操作方便具要源許最電不小于電路中實際最大電流干電池中電*陽光明*編R I*陽光明R I流一般不允許超過 0.6A.電的額定電流不能于通過該用電器的實際最大電流 壓或電流表的量程能小于被測電壓或電流的最大值1壓或電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的 以3便操來慮限流式接法要選用與待測電阻相近的滑動 變阻器，分壓式接法要選小阻值滑動變阻器5規(guī)律方法總結(jié)滑動變阻器限流式接法和分壓式接法比較兩種接法的電路圖負載R上電壓的調(diào)節(jié)范圍負載R上電流的調(diào)節(jié)范圍 兩種接的適用條件REEE ERR0 EE0IR(1)流接法適合測量阻較小的電阻 跟滑動變阻器的總電阻相 比相差不多或比滑動變阻的總電阻還小)(2)壓接法適合

3、測量阻較大的電阻 一般比滑動變阻器的總電 阻要大)注意事項電表接：實驗中被測小燈泡燈絲的電阻值較小，因此 測量電路必須采用電流表接法滑變器采分壓式接法：本實驗要作出 U I 象，要 求測出多組包括零在內(nèi)的流、電壓值，故控制電路必須采用分 壓式接法保元安：保護元件不被燒毀，開關閉合前滑動變阻器 的滑片應位于最大電阻處加在小燈泡兩端的電壓不要超過其額*陽光明*編1 2 2 V 1 2 *陽光明*編1 2 2 V 1 2 定電壓誤差分析由電表是想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會 帶來誤差，電流表外接，于電壓表的分流，使測得的電流值大 于真實值測時數(shù)來差在標上點作圖帶來誤差.例 1 學習小組的同學

4、擬探究小燈泡 L 的安特性曲線，可供選用 的器材如下：小燈泡 L格4.0V0.7A；電流表 A ，程 3A內(nèi)阻約為 0.1電流表 A ，程 ，內(nèi)阻 r 電壓表 V，程 ，內(nèi)阻 r 9k；標準電阻 阻值 標準電阻 阻值 3k；滑動變阻器 ，阻值范圍 0；學生電源 E電勢 6V內(nèi)不計；開關 S 導線若干同設計了如圖 甲示的電路來進行測量，當通過 L 的電流為 0.46A 時電壓表的示數(shù)如圖乙所示此時 _.甲乙圖 1L 的阻為同又設計了如圖 2 所示的電路來行測量，電壓表指針指 在最大刻度時，加在 L 上電壓值_V.*陽光明*編I L 2 rV 2 2 2 V 22 2 1 1 *陽光明*編I L

5、2 rV 2 2 2 V 22 2 1 1 圖 小組認為要想更準地描繪出 L 完的伏安特性曲線， 需要重新設計電路請你乙同學的基礎上利用所供器材，在圖 3 所示的虛線框內(nèi)補畫出實電路圖，并在圖上標明所選器材代號答案54見析圖U解析 壓表的示數(shù) U ，以燈泡 L 的電阻 R 2.305.0.46題知電壓表 V 與 R 串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓，當電壓表 V 的UV 3示數(shù)為 3V 時 兩的電壓 U R 3000V1V所 以燈泡兩端的電壓 UU U (3 V想準確地描繪出 L 完的伏安特性曲線，則電壓表量程 應變?yōu)?4.0V電表的量程應變?yōu)?，此將電壓表 V 與標 準電阻 R 聯(lián)改裝成量程為 電壓表將電

6、流表 A 與標準電阻 并聯(lián)改裝成量程為 虛線框內(nèi)實驗電路如圖所A0.72A 電流表故例 物理趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，標稱功 率值為 0.75W額定電壓已模糊不清他們想測定其額定電壓 值，于是先用歐姆表直接出該燈泡的電阻約為 2然后根據(jù)公 式計算出該燈泡的額定電 U 1.22V們懷 疑所得電壓值不準確，于，再利用下面可供選擇的實驗器材設 計一個電路，測量通過燈的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測量數(shù) 據(jù)來繪燈泡的 UI 線，進而分析燈泡的額定電壓A壓表 V(量 3V內(nèi)約 )*陽光明*編1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 *陽光明*編1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 B電流表 A

7、 (程 ，內(nèi)阻約 2電流表 A (程 ，內(nèi)阻約 0.6)D滑動變阻器 (020)E滑動阻器 (0)電源 (動 4.0V內(nèi)不計G開 S 和線若干H待測燈泡 L(額定功率 0.75W額電壓知)(1)在面所給的虛線框中畫出他們進行實驗的電路理圖，指出 上述器材中，電流表選擇 _( “A ” 或 “ ；動阻器 選擇_R 或 ”)(2)實過程中，該同學燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電 壓達到 1.23V 時發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗當達到 2.70V 時發(fā)現(xiàn)燈泡 已過亮，便立即斷開開關并將所測數(shù)據(jù)記錄在下邊表格.次數(shù)U/VI/mA請你根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖 4 作出燈泡的 UI 線圖 4(3) 圖象得出該泡的額定電壓

8、應為 _V 這一結(jié)果大于1.23V，其原因是_解析根 PIR，算燈的電流大約是 600mA因電流表應選 A ；實驗要描出燈泡的 I 圖，需要測量組數(shù) 據(jù)，因此滑動變阻器應接分壓式，所以應選阻值較小的 R 小燈 泡電阻不大，電流表應外；*陽光明*編2 11 I *陽光明*編2 11 I (2)圖示(3)由 UI0.75W再合圖象可知 U 額；于 1.23V 的因是由于燈泡冷態(tài)電阻 小于正常工作時的電阻答案電原圖如圖所示 A (2)解圖 2.6)燈泡冷態(tài)電阻小于正常工時的電阻 (或泡電阻隨溫度升高而變大)二、 UI 圖的物理意義及其應用用圖象表示物理規(guī)律具有觀、形象、簡便、具體等顯著優(yōu) 點，運用圖

9、象分析討論某物理問題不僅可以避免公式法繁鎖的數(shù) 字計算，而且可以對物理念和物理規(guī)律理解更加深刻。現(xiàn)對 UI 圖象作出分析。一、 UI 圖的物理意義在電動勢和內(nèi)電阻 r 固的電源兩端接一阻值為 R 的電阻用電器，組成一閉合電路，如圖 所，若用 U 表閉合電路的路端電壓， I 表通過電源的電流強度，則有以下規(guī)律： U=IR，Ir圖1在 I 坐標上分別畫出以上函數(shù)的圖象，即直線 AB，如圖 示，這個圖象包含的理意義有：1 、距直線 AB 在軸上的截距表 和示電源電動勢，在橫軸的截距表示短 路電流 IM=/rUA、斜率：直線 斜率表示外電路U1C電阻 ，直 AB 率的負值示電源的OIBMI*陽光明*編

10、1 1 1 2 1 22 M I *陽1 1 1 2 1 22 M I 內(nèi)電阻 r、交點：直線 OP 和 的點為 ， 其橫坐標值表示這時閉合路的電流強度 I1 縱坐標值表示這時的路端壓或外電 路兩端的電壓 U1圖 CD 值示時電 源的內(nèi)電壓 Ur 圖24 、積矩形 DI OA 的積 S 的值表示時電源的總功 率，矩形 CI OU 的積 的數(shù)值表示這時電源的輸出功率，兩塊 面積之差 （ S ）的值表示這時電源內(nèi)部發(fā)熱消耗的功 率，兩塊面積之比 S 的數(shù)值表示這時電源的效率。二、 UI 圖的應用、分析物理量變化規(guī)律路電、流度隨外電阻的變化規(guī)律直線 斜率表示閉合電路外電阻的阻值 ，當外電阻 增 大時

11、，直線 OP 與直 的交點 將 向 A 靠，從圖 可知，交點 橫坐標變小，而縱坐標變大，這就直觀說明了 “路端電壓隨外電阻的增而增大，隨外電阻的減小而減?。浑娏?強度隨外電阻的增大而減，隨外電阻的減小而增大”這一規(guī)律， 當 時， 與縱軸重合， 點 A 點合，顯而易見，此時 外電路斷開，I 變零，路端電壓變至最大為 ；反之，當 0 時，直線 橫無限地靠近，II ，U。電輸功隨電阻的變化規(guī)律。電源的輸出功率可用圖 3 中斜線的 矩形面積來表示，當外電 R 由零逐漸UA增至無限大時，不難看出塊面積先由UC小變大，再由大變小，這示在變化中 存在最大值，根據(jù)數(shù)學知不難知道，OI圖3BMI當直線 與線 交

12、 C 取 點*陽光明*編M 1 1 1 2 1 3 1 3 I 3 2 *陽光明*編M 1 1 1 2 1 3 1 3 I 3 2 時，矩形面積最大，此時 I=I /2= ， U=，對應的外電阻 ，源最大輸出功率 =UI= 2 。從而得到“當外電路的電阻 等電源的內(nèi)阻 r ，源的輸出功率最大，為 這規(guī)律。電的率外阻的變化規(guī)律 電源的效率可用圖2 中形CI 面積和矩形 DI OA 的面積之比來表示，當外電阻 R 由零U A (R r) r)逐漸增大時，由圖 4 不看兩塊 面積之比在增大。當 R= r 時表 示電源輸出功率的矩形面是表示U/2UO IC/2r IBMI r)電源總功率的矩形面積的半。因圖4此，這時電源的效率為 從而得到了“電源效率隨外阻的增 大而增大，隨外電阻的減而減 小。當外電阻 R 于內(nèi)電阻 r 時 電源的效率為 ”一律。、分析實驗誤伏安法測電阻的實驗誤差用伏安法測電阻，由于電內(nèi)阻存 在，不可避免地改變了電本身，這就 給測量結(jié)果帶來了誤差。用 UI 圖象 來討論外接法電路中的實誤差。如圖 示閉合電鍵 K改變滑動 變阻器的阻值，每改變一，就得到一 組 UI 值取幾出組值作出 UI 圖象的直線 ，如圖 所。直線 OPARV圖5*陽光明*編UUU1