18-19第3章實(shí)驗(yàn)2：描繪小燈泡的伏安特性曲線

1、實(shí)驗(yàn)二：描繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法.2.會(huì)正確選擇實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)電路.3.描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法.知識(shí)探究1. 一、實(shí)驗(yàn)原理和方法實(shí)驗(yàn)電路：小燈泡的電阻很小，電流表采用外接法；因電壓要求從零開始連續(xù)變化，故滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法.圖實(shí)-2-12. 曲線形狀：以I為縱軸、U為橫軸畫出小燈泡的I-U圖線，由丁金屆的電阻率（電阻）隨溫度的升高而增大，其伏安特性曲線不是一條直線.滑動(dòng)變阻器的兩種接法（1）兩種接法的比較名稱限流接法分壓接法電路圖-L-IMHv&閉合開關(guān)前滑片位置使滑動(dòng)變阻器所用的電阻最大（電阻R的電流最小

2、），滑片應(yīng)位于最左端使滑動(dòng)變阻器與負(fù)載R并聯(lián)的電阻為零（R的電流、電壓為零），滑片應(yīng)位于最左端負(fù)載兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍RUUR0+RUU0U通過負(fù)載的電流調(diào)節(jié)范圍UURo+RR0R負(fù)載正常工作時(shí)電路的效率電路中總電流等丁負(fù)載R的電流，電路效孕較局電路中總電流大丁負(fù)載R的電流，電路效率較低（2）兩種接法的選擇：由丁限流式接法電路簡(jiǎn)單，耗能低，所以通常采用滑動(dòng)變阻器的限流式接法，但在以下三種情況中，必須選擇分壓式接法.a.當(dāng)待測(cè)電阻遠(yuǎn)大丁滑動(dòng)變阻器的最大電阻，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大（或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)）時(shí)，必須選用分壓電路.b. 若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過負(fù)載電阻或

3、電表的額定值時(shí)，只能采用分壓式接法.c. 要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)（如測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性，校對(duì)改裝后的電表等），即大范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，必須采用分壓式接法.二、實(shí)驗(yàn)器材小燈泡、46V學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙.三、實(shí)驗(yàn)步驟1.按實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路，且使滑動(dòng)變阻器的觸頭P滑至A端.2. 閉合開關(guān)，使觸頭P逐漸向B移動(dòng)，測(cè)出12組不同的電壓值U和電流值I,并將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格.3. 斷開開關(guān)，拆除電路，整理器材.1. 四、數(shù)據(jù)處理列表格：將記錄的12組U、I值記錄在表格中.實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456789UI2. 描曲線：在坐標(biāo)紙上以電流I為縱軸、電

4、壓U為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)繪出I-U曲線.3. 分析規(guī)律：分析曲線變化規(guī)律，分析曲線不是直線的原因.1. 五、誤差分析測(cè)量時(shí)，未考慮電壓表的分流，造成測(cè)得的I值比真實(shí)值偏大，而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差.2. 測(cè)量時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)，描繪I-U圖線時(shí)作圖不準(zhǔn)確產(chǎn)生偶然誤差.六、注意事項(xiàng)1.描繪I-U圖線要求電壓、電流從零開始變化，因此滑動(dòng)變阻器采用分壓接法.小燈泡的電阻較小，電流表采用外接法.2. 調(diào)節(jié)滑片時(shí)應(yīng)注意使電壓表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓，且要使實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的各組數(shù)據(jù)均勻，間隔大致相等.3. 作圖時(shí)兩坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適當(dāng)，盡量使測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標(biāo)紙.連線時(shí)誤差較大的點(diǎn)要舍去，要用平滑的曲線而不

5、能畫成折線.典例剖析，例El有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I-U圖線.現(xiàn)有下列器材供選用：(1) 電壓表(05V,內(nèi)阻為10kQ)電壓表(015V,內(nèi)阻為20kQ)電流表(03A,內(nèi)阻為1Q)電流表(00.6A,內(nèi)阻為0.4Q)滑動(dòng)變阻器(102A)滑動(dòng)變阻器(500Q1A)學(xué)生電源(直流6V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖實(shí)-2-2甲而不選用圖實(shí)-2-2乙的電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)說明理由：.圖實(shí)-2-2(2) 實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用，電流表應(yīng)選用,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用.(用序號(hào)字母表示)把圖實(shí)-2-3中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖.圖實(shí)-2-3解析(1)

6、因?qū)嶒?yàn)?zāi)康氖且枥L小燈泡的伏安特性曲線，需要多次改變小燈泡兩端的電壓，故采用題圖甲所示的分壓式電路比較合適，這樣電壓可以從零開始調(diào)節(jié)，且能方便地測(cè)多組數(shù)據(jù).因小燈泡額定電壓為4V,貝U電壓表選05V的電壓表A,而舍棄015V的電壓表B,因?yàn)?5V的量程太大，讀數(shù)誤差大.小燈泡的額定電流1=0.5A,則電流表選D.滑動(dòng)變阻器F的最大阻值遠(yuǎn)大丁小燈泡的電阻，調(diào)節(jié)不方便，故舍棄.4小燈泡電阻為電流表內(nèi)阻的若=20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡電阻的=10.4O250倍，故電流表采用外接法.答案(1)描繪燈泡的I-U圖線所測(cè)數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)A如圖所示小電珠燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大，

7、某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，利用下列實(shí)驗(yàn)器材：電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器（變化范圍020Q）電源、小電珠、開關(guān)、導(dǎo)線若干來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并通過實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小電珠上的電流和電壓）.I/A0.000.060.100.150.190.220.240.25U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0（1）請(qǐng)?jiān)谙旅娴姆娇蛑挟嫵鰧?shí)驗(yàn)電路圖.（2）在圖實(shí)-2-4中畫出小電珠的U-I曲線.圖實(shí)-2-4解析（1）由丁小電珠電阻值小，且兩端電壓從零開始變化，所以電流表采用外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，如答案圖所示.描點(diǎn)并連線如圖所示.答案（1）如圖所示（2）見解析圖隨堂自測(cè)即時(shí)達(dá)標(biāo)1.要測(cè)

8、繪一個(gè)標(biāo)有“3V0.6W”的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3V,并便丁操作.已選用的器材有：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242135電池組E（電動(dòng)勢(shì)為4.5V,內(nèi)阻約1Q）電流表A（量程為0250mA,內(nèi)阻約5Q）電壓表V（量程為03V，內(nèi)阻約3kQ）開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干（1）實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的（填字母代號(hào)）.滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值為20Q額定電流為1A）滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值為1750Q額定電流為0.3A）（2）實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖（填字母代號(hào)）.解析描繪小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從零開始，需選用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，滑動(dòng)變阻器阻值應(yīng)選較小的，故選A.由

9、丁燈泡電阻較小，正常工作工U2工*小54、土、皿工燈的小時(shí)R=P=15Q電流表選用外接法誤差較小，故電路圖選B.答案（1）AB2.以下是“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的操作步驟：圖實(shí)-2-5閉合開關(guān)，記下電流表、電壓表的一組示數(shù)(I,U),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭位置，每移動(dòng)一次記下一組(I,U)值，共測(cè)出12組左右的數(shù)據(jù)將電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、小燈泡、電源、開關(guān)正確連接成電路.電流表外接，滑動(dòng)變阻器采用分壓式，如圖實(shí)-2-5所示調(diào)節(jié)觸頭位置，使閉合開關(guān)前觸頭處丁滑動(dòng)變阻器的左端按所測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)并將各點(diǎn)用直線段連接起來，得出小燈泡的伏安特性曲線以上各步驟中存在錯(cuò)誤或不妥之處的

10、是,應(yīng)如何改正(2)將各步驟糾正后，按實(shí)驗(yàn)先后順序排列起來：.解析(1)錯(cuò)誤或不妥的步驟是A、C、D.A步驟：測(cè)量不同電壓下的電流值I時(shí)，應(yīng)先預(yù)設(shè)各組數(shù)據(jù)中的電壓U或電流I值，而不是隨意測(cè)，隨意測(cè)時(shí)會(huì)使描點(diǎn)疏密不均勻，畫圖線時(shí)出現(xiàn)較大誤差，甚至無法畫出I-U圖線.C步驟：閉合開關(guān)前應(yīng)使小燈泡兩端電壓為零，即滑動(dòng)變阻器觸頭應(yīng)置丁滑動(dòng)變阻器最右端.D步驟：應(yīng)將各點(diǎn)用平滑的曲線連接起來.正確操作步驟順序?yàn)锽、C、A、D.3. 答案(1)見解析(2)B、C、A、D某同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中得到如下表所示的幾組U和I的數(shù)據(jù)：編虧12345678U/V0.200.601.001.401

11、.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(1)在圖實(shí)-2-6中畫出I-U圖象.圖實(shí)-2-6從圖象上可以看出，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是.(2) 這表明小燈泡的電阻隨溫度的升高而.解析畫出I-U圖象如圖所示，曲線開始呈直線狀說明開始時(shí)電阻不變，后來斜率逐漸減小說明電阻增大.4. 答案(1)I-U圖象見解析圖(2)開始時(shí)不變，后來增大(3)增大在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，可供選擇的器材有：(1) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242136】小燈泡：規(guī)格為“3.8V0.3A”電流表：量程00.6A,內(nèi)阻約為0.5Q電

12、流表：量程03A,內(nèi)阻約為0.1Q電壓表：量程05V,內(nèi)阻約為5kQ滑動(dòng)變阻器：阻值范圍010Q額定電流2A電池組：電動(dòng)勢(shì)6V開關(guān)一只，導(dǎo)線若十為了使測(cè)量盡可能地準(zhǔn)確，需要使小燈泡兩端電壓從0逐漸增大到3.8V且能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此電流表應(yīng)選.(填器材前的選項(xiàng)符號(hào))根據(jù)你選用的實(shí)驗(yàn)器材，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將圖實(shí)-2-7所示的器材連成實(shí)物電路.圖實(shí)-2-7解析(1)因小燈泡的額定電流為0.3A,為減小讀數(shù)誤差，應(yīng)讓指針偏角大一些，故電流表選B.(2)由電流表外接和滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，電路圖如圖甲所示，由電路圖連接的實(shí)物圖如圖乙所示.甲乙答案(1)B(2)見解析5.有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4V

13、2W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測(cè)繪這個(gè)小燈泡的伏安特性曲線.現(xiàn)有下列器材供選用：(1) 電壓表V1(05V,內(nèi)阻約10kQ)電壓表V2(010V,內(nèi)阻約20kQ)電流表A1(00.3A,內(nèi)阻約1Q)電流表A2(00.6A,內(nèi)阻約0.4Q)滑動(dòng)變阻器R1(010Q2A)滑動(dòng)變阻器R2(0100Q0.2A)學(xué)生電源(直流6V),開關(guān)及導(dǎo)線為了調(diào)節(jié)方便，測(cè)量盡可能準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電壓表,電流表，滑動(dòng)變阻器.(填寫器材前的選項(xiàng)符號(hào))為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小，要求從零開始多取幾組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.如圖實(shí)-2-8所示，P為I-U圖線上的一點(diǎn),PN為圖線上P點(diǎn)的切線,PQ為U軸的垂線，PM為I軸

14、的垂線，則由圖可知：隨著所加電壓的增加，小燈泡的電阻將熬填“增大”“減小”或“不變”)；對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻值約為Q結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖實(shí)-2-8P2解析(1)燈泡額正電壓為4V,電壓表選A.燈泡額正電流1=°=4A=0.5A,則電流表選D.為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器選E.(2)電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；U4R8QRv卜*】Q燈泡正甬發(fā)光時(shí)電阻R="p=05Q=8Q擊=04一百20,r=峰告-1250,昏RA，則電流表應(yīng)采用外接法，電路J，圖如圖所示.由圖象可知，隨著所加電壓的增加，通過小燈泡的電流增大，電壓與電流的比值也增大，即燈泡電阻增大；

15、在P點(diǎn)U=2.4V,1=0.45A,此時(shí)燈泡電阻RU2.4.=_I0.45Q=5.33答案(1)ADE(2)電路圖見解析(3)增大5.336.現(xiàn)用伏安法研究某電子器件Rx(6V2.5W)的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整(直接測(cè)量的變化范圍盡可能大一些)，備有下列器材：A. 直流電源(電壓包為6V);電流表G(滿偏電流3mA,內(nèi)阻Rg=10Q)電流表A(00.6A,內(nèi)阻未知)；滑動(dòng)變阻器R1(020Q10A);滑動(dòng)變阻器R(0200Q1A);定值電阻R。(阻值1990Q)開關(guān)與導(dǎo)線若干.根據(jù)題目提供的實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)你在虛線框里畫出測(cè)量電子器件Rx伏安特性曲線的電路原理圖(Rx可用“一己”表示).(1) 在實(shí)驗(yàn)中，為了操作方便且能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用.(填寫器材前的選項(xiàng)符號(hào))將上述電子器件Rx和另一電子器件R2接入如圖實(shí)-2-9甲所示的電路中，它們的伏安特性曲線分別如圖實(shí)-2-9乙中Ob、Oa所示.電源的電壓包為6.0V.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R3,使Rx和R2消耗的電功率恰好相等，貝U此時(shí)Rx和R2的阻值之和為QR3接入電路的阻值為Q.圖實(shí)-2-9解析(1)要描繪電子器件的伏安特性曲線，要求電壓從0開始測(cè)量，直接測(cè)量的變化范圍大，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，由丁電流表G的內(nèi)阻Rg是