描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗講義

1、基本實驗要求1實驗原理(1)測多組小電珠的u、i的值，并繪出iu圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系2實驗器材小電珠“3.8 v,0.3 a”、電壓表“03 v15 v”、電流表“00.6 a3 a”、滑動變阻器、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆3實驗步驟(1)畫出電路圖(如實驗原理圖甲)(2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成如實驗原理圖乙所示的電路(3)測量與記錄移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值u和電流值i，并將測量數(shù)據(jù)填入自己設計的表格中(4)數(shù)據(jù)處理在坐標紙上以u為橫軸，i為縱軸，建立直角坐標系在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所

2、對應的點將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小電珠的伏安特性曲線4實驗器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便(2)具體要求電源允許的最大電流不小于電路中的實際最大電流干電池中電流一般不允許超過0.6 a.用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值電壓表或電流表的指針應偏轉(zhuǎn)到滿刻度的以上從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測電阻相近的滑動變阻器，分壓式接法要選用較小阻值的滑動變阻器規(guī)律方法總結(jié)1滑動變阻器的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ue0ue負載r上電流的調(diào)節(jié)范圍i0i2.兩種接法的適用條

3、件(1)限流式接法適合測量阻值較小的電阻(跟滑動變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動變阻器的最大電阻還小)(2)分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的最大電阻要大)3注意事項(1)電路的連接方式：電流表應采用外接法：因為小電珠(3.8 v,0.3 a)的電阻很小，與量程為0.6 a的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大滑動變阻器應采用分壓式接法：目的是使小電珠兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化(2)閉合開關s前，滑動變阻器的觸頭應移到使小電珠分得電壓為0的一端，使開關閉合時小電珠的電壓能從0開始變化，同時也是為了防止開關剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲(3)iu圖線在u01.0 v

4、左右將發(fā)生明顯彎曲，故在u1.0 v左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差4誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值(2)測量時讀數(shù)帶來誤差(3)在坐標紙上描點、作圖帶來誤差考點一實驗原理與電路設計1電表讀數(shù)及實驗電路(2015·浙江理綜·22)圖1是小紅同學在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖圖1圖2(1)根據(jù)圖1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2中的、所示，電流表量程為0.6 a，電壓表量程為3 v所示讀數(shù)為：_、_、_、_.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為

5、_和_答案(1)見解析圖(2)0.10 a0.24 a2.00 v0.27 v8.3 (8.3±0.1 均可)2.7 (2.7±0.1 均可)如填為2.7 (2.7±0.1 均可)83 (8.3±0.1 均可)也行解析(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線需要測量電壓范圍大，變阻器用分壓式接法，小燈泡電阻比較小，電流表要外接，電路圖如圖所示(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，最小刻度為0.1 v，應估讀到0.01 v，所以表示數(shù)為2.00 v，表示數(shù)為0

6、.27 v，根據(jù)歐姆定律r18.3 ，r2 2.7 .2器材選取和電路設計小亮同學為研究某電學元件(最大電壓不超過2.5 v，最大電流不超過0.55 a)的伏安特性曲線，在實驗室找到了下列實驗器材：a電壓表(量程3 v，內(nèi)阻6 k)b電壓表(量程15 v，內(nèi)阻30 k)c電流表(量程0.6 a，內(nèi)阻0.5 )d電流表(量程3 a，內(nèi)阻0.1 )e滑動變阻器(阻值范圍05 ，額定電流為0.6 a)f滑動變阻器(阻值范圍0100 ，額定電流為0.6 a)g直流電源(電動勢e3 v，內(nèi)阻不計)h開關、導線若干該同學設計電路并進行實驗，通過實驗得到如下數(shù)據(jù)(i和u分別表示電學元件上的電流和電壓).i/

7、a00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50u/v00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)為了提高實驗結(jié)果的準確程度，電流表選_；電壓表選_；滑動變阻器選_(以上均填寫器材代號)(2)請在虛線框中畫出實驗電路圖答案(1)cae(2)見解析圖解析(1)從表格中的實驗數(shù)據(jù)可知，電流測量值i的范圍為00.50 a，電壓測量值u的范圍為02.00 v，因此電流表應選c，電壓表應選a.因為本實驗要測量多組(u，i)值，需使電壓u連續(xù)變化，因此，滑動變阻器應接成分壓式，故選阻值較小的滑動變阻器e.(2)由表格中的數(shù)據(jù)，

8、根據(jù)r，估算電學元件的電阻值大約為幾歐，因此電流表外接電路圖如圖所示3器材選取和電路設計要測繪一個標有“6 v2.5 w”小燈泡的伏安特性曲線，要求多次測量盡可能減小實驗誤差，備有下列器材：a直流電源(6 v，內(nèi)阻未知)b電流表g(滿偏電流3 ma，內(nèi)阻rg10 )c電流表a(00.6 a，內(nèi)阻未知)d滑動變阻器r(020 ，5 a)e滑動變阻器r(0200 ，1 a)f定值電阻r0(阻值1 990 )g開關與導線若干(1)由于所給實驗器材缺少電壓表，某同學直接把電流表g作為電壓表使用測出小燈泡兩端電壓，再用電流表a測出通過小燈泡的電流，從而畫出小燈泡的伏安特性曲線，該方案實際上不可行，其最主

9、要的原因是_.(2)為完成本實驗，滑動變阻器應選_(填器材前的序號)(3)請在圖3中完成本實驗的實物電路圖的連線圖3答案(1)電流表g分壓較小，導致電流表a指針偏轉(zhuǎn)很小，誤差較大(2)d(3)如圖所示解析(1)電流表g測量電壓范圍太小，導致電流表a指針偏轉(zhuǎn)很小，誤差較大(2)、(3)由于滿足燈泡電阻和電流表內(nèi)阻接近，所以電流表應用外接法，由于伏安特性曲線中的電壓和電流均要從0開始測量，所以滑動變阻器應采用分壓式接法，故滑動變阻器應選d，實物電路圖的連線如圖所示電學實驗電路設計的思路與方法1首先應明確題目的要求，看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或要求設計達到何種標準的電路等其

10、設計原則是：安全、方便、經(jīng)濟2在測量電路中，一般有電流表內(nèi)接和外接兩種方法，對于給定電表內(nèi)阻的情況，應先比較r0與待測電阻rx的關系，其中r0，若rx>r0，則設計為電流表內(nèi)接法；若rx<r0，則設計為電流表外接法；若電表量程不合適，往往還要用定值電阻對電表進行改裝3控制電路分滑動變阻器的分壓式和限流式兩種接法，兩種接法的選擇方法如下：(1)采用限流式接法時不能控制電流(或電壓)滿足實驗要求，即滑動變阻器阻值調(diào)到最大，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或額定電壓)，則必須選用分壓式接法(2)若待測電阻的阻值比滑動變阻器的最大電阻大得

11、多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時，應改用分壓式接法(3)若實驗中要求測量電路中電壓從0開始變化，則必須采用分壓式接法(4)兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低考點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析4實物連接及數(shù)據(jù)處理(2015·福建理綜·19(2)某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實驗器材如圖4甲所示，現(xiàn)已完成部分導線的連接實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲實物接線圖中完成余下導線的連接；圖4某

12、次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_a；該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動勢為3 v、內(nèi)阻為1 的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_w(保留兩位小數(shù))答案連線如圖所示0.4442.25解析由題圖乙知電流表量程為0.6 a，所以讀數(shù)為0.44 a；電源內(nèi)阻為1 ，所以當外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時，電源的輸出功率最大，即小電珠的總功率最大，此時外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 v，由題圖丙知當小電珠電壓等于1.5 v時電流約為0.38 a，此時電阻約為r3.95 4 ，并聯(lián)后的總電阻為1 ，所以需要4個小

13、電珠并聯(lián)，小電珠消耗的總功率約為p w2.25 w.5兩種圖線結(jié)合處理實驗數(shù)據(jù)由金屬絲制成的電阻器阻值會隨溫度的升高而變大某同學為研究這一現(xiàn)象，親自動手通過實驗描繪這樣一個電阻器的伏安特性曲線可供選擇的實驗器材有：a待測電阻器rx(2.5 v,1.2 w)b電流表a(00.6 a，內(nèi)阻為1 )c電壓表v(03 v，內(nèi)阻未知)d滑動變阻器(010 ，額定電流為1 a)e電源(e3 v，內(nèi)阻r1 )f定值電阻r0(阻值為5 )g開關一個和導線若干(1)實驗時，該同學采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請在方框內(nèi)畫出實驗電路圖(2)按照正確的電路圖，該同學測得實驗數(shù)據(jù)如下：i/a0.1

14、50.200.250.300.350.400.450.48u/v0.250.400.600.901.251.852.503.00ur/v其中，i是電流表的示數(shù)，u是電壓表的示數(shù)，ur是電阻器兩端的實際電壓請通過計算補全表格中的空格，然后在圖5中畫出電阻器的伏安特性曲線圖5(3)該同學將本實驗中的電阻器rx以及給定的定值電阻r0二者串聯(lián)起來，接在本實驗提供的電源兩端，則電阻器的實際功率是_w(結(jié)果保留兩位小數(shù))答案見解析解析(1)要使電阻器兩端電壓從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓式接法電路圖如圖甲所示(2)電壓表的示數(shù)減去電流表的分壓即為電阻器兩端的電壓：uruir，數(shù)據(jù)如下表電阻器的伏安特性

15、曲線如圖乙中曲線所示ur/v0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由uri(rr0)e作出ui圖象如圖乙中直線所示，由此圖象與電阻器ui圖線的交點可得此時電阻器的電壓ur0.9 v，電流i0.35 a，電阻器的實際功率為puri0.32 w.電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合法電源對電路中小燈泡供電工作，顯然路端電壓與電路中電流滿足關系ueir，整理可得i，即可作出一條電源的伏安特性曲線同時流經(jīng)小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線，兩線的交點既符合閉合電路的歐姆定律，又滿足小燈泡的伏安特性曲線特點，即為所求的電流與電壓值考點三實驗拓展與創(chuàng)新6實驗創(chuàng)新le

16、d二極管的應用是非常廣泛的，2014年諾貝爾物理學獎被授予了日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二，以表彰他們發(fā)明了藍色發(fā)光二極管(led)，并因此帶來的新型節(jié)能光源某同學想要描繪某發(fā)光二極管的伏安特性曲線，實驗測得它兩端的電壓u和通過它的電流i的數(shù)據(jù)如下表所示.u/v0.00.400.801.201.602.002.402.80i/ma0.00.92.34.36.812.019.030.0實驗室提供了以下器材：a電壓表(量程03 v，內(nèi)阻約20 k)b電壓表(量程015 v，內(nèi)阻約100 k)c電流表(量程050 ma，內(nèi)阻約40 )d電流表(量程00.6 a，內(nèi)阻約2 )e滑動變

17、阻器(阻值范圍020 ，允許最大電流2 a)f電源(電動勢6 v，內(nèi)阻不計)g開關，導線若干圖6(1)該同學做實驗時，電壓表選用的是_，電流表選用的是_(填選項字母)(2)如圖6甲中的實物連線已經(jīng)連了部分電路，請按實驗要求將實物圖中的連線補充完整(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖乙中畫出該二極管的iu圖線(4)若此發(fā)光二極管的最佳工作電流為15 ma，現(xiàn)將此發(fā)光二極管與電動勢為3 v、內(nèi)阻不計的電池組相連，還需串聯(lián)一個阻值r_ 的電阻，才能使它工作在最佳狀態(tài)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)ac(2)見解析圖甲(3)見解析圖乙(4)53解析(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表可知電壓最大為2.80 v，最大電流為30

18、.0 ma，所以電壓表應選擇a，電流表應選擇c.(2)通過估算二極管的阻值可知滿足>，所以電流表應用外接法由于電流、電壓從零開始調(diào)節(jié)，所以滑動變阻器應采用分壓式接法，連線圖如圖甲所示甲(3)畫出的iu圖象如圖乙所示乙(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律應有i，由iu圖象可讀出i15 ma時對應的電壓u2.2 v，可求出rx146.7 ，代入數(shù)據(jù)解得r53 .7實驗拓展(2013·江蘇單科·10)為探究小燈泡的電功率p和電壓u的關系，小明測量小燈泡的電壓u和電流i，利用pui得到電功率，實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 v1.8 w”，電源為12 v的電池，滑動變阻器的最大阻值為10 .圖7(1)準備使用的實物電路如圖7所示，請將滑動變阻器接入電路的正確位置(用筆畫線代替導線)(2)現(xiàn)有10 、20 和50 的定值電阻，電路中的電阻r1應選_的定值電阻(3)測量結(jié)束后，應先斷開開關，拆除_兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材(4)小明處理數(shù)據(jù)后將p、u2描點在坐標紙上，并作出了一條直線，如圖8所示，請指出圖象中不恰當?shù)牡胤綀D8答案(1)如圖所示(2)10(3)電池(4)圖線不