第七章恒定電流實驗八描繪小燈泡的伏安特性曲

【實驗器材】小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、導(dǎo)線、開關(guān)、坐標(biāo)紙.【實驗步驟】1.連接電路將小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖1所示電路.圖1現(xiàn)在是1頁\一共有41頁\編輯于星期一

2.測出小燈泡在不同電壓下的電流(1)閉合開關(guān)S前,滑動變阻器觸頭應(yīng)移到最左端,以使開關(guān)閉合時小燈泡電壓能從0開始變化;同時,這樣做也防止開關(guān)剛閉合時小燈泡兩端電壓過大而燒壞燈絲.(2)移動滑動變阻器觸頭的位置,測出12組不同的電壓值U和電流值I,并將測量數(shù)據(jù)填入表格.現(xiàn)在是2頁\一共有41頁\編輯于星期一3.畫出伏安特性曲線(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、以I為縱軸,建立坐標(biāo)系.(2)在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(坐標(biāo)系縱軸和橫軸的標(biāo)度要適中,以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標(biāo)紙為宜)(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.現(xiàn)在是3頁\一共有41頁\編輯于星期一4.拆除電路,整理儀器

交流與思考:描繪出小燈泡的伏安特性曲線后,曲線上各點對應(yīng)的曲線的斜率是否表示小燈泡在該電壓下的電阻值?若是,說明理由;若不是,如何表示該電壓下的電阻值?

由于電阻的定義式為R=,而不是R=,只有U與I為線性關(guān)系時才等于,在U與I為非線性關(guān)系時≠,所以各點對應(yīng)的曲線斜率并不表示該電壓下的電阻值.該電壓下的電阻值應(yīng)等于該點對應(yīng)的電壓與電流的比值.提示:現(xiàn)在是4頁\一共有41頁\編輯于星期一【誤差分析】1.由于電壓表不是理想電表,內(nèi)阻并非無窮大,對電路的影響會帶來誤差.2.在坐標(biāo)紙上描點、作圖帶來誤差.交流與思考:觀察小燈泡的伏安特性曲線,分析特點,并說明理由.提示:由于小燈泡在電壓較低時沒有發(fā)光,燈絲溫度較低,其電阻變化不明顯,所以在伏安特性曲線的開始一段接近直線.但隨著電壓的不斷增大,燈泡開始發(fā)光,溫度變化很大,因此對應(yīng)電阻值也變化很大,伏安特性曲線為曲線.現(xiàn)在是5頁\一共有41頁\編輯于星期一【注意事項】1.電路的連接方式(1)電流表應(yīng)采用外接法:因為小燈泡的電阻較小,與0~0.6A電流表串聯(lián)時,電流表的分壓影響不能忽略.(2)滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接:目的是為了使小燈泡兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化.2.閉合電鍵S前,滑動變阻器觸頭應(yīng)移到小燈泡分得電壓為零的位置,可以使開關(guān)閉合時小燈泡電壓能從零開始變化.同時,也為了防止開關(guān)剛閉合時小燈泡兩端電壓過大而燒壞燈絲.現(xiàn)在是6頁\一共有41頁\編輯于星期一3.I—U圖線在U=1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲,故在U=1.0V左右測繪點要密,否則將出現(xiàn)很大誤差.4.電流表選擇0.6A量程,電壓表量程選擇視小燈泡的額定電壓而定,即使用的若是“3.8V,0.3A”的小燈泡,選用電壓表的15V量程,若使用“2.5V,0.6A”的小燈泡,則選用電壓表的3V量程.5.保持小燈泡電壓接近額定值時要緩慢增加,到額定值,讀出I后立即斷開開關(guān).6.誤差較大的點要舍去,I—U應(yīng)是平滑曲線而非折線.現(xiàn)在是7頁\一共有41頁\編輯于星期一典例剖析【例1】

某同學(xué)做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗,實驗室提供了下表中的器材.小燈泡L(額定電壓2.5V,額定電流250mA)直流電源E(電動勢3V,內(nèi)阻不計)電流表A1(量程300mA,內(nèi)阻約0.5Ω)電流表A2(量程500mA,內(nèi)阻約0.2Ω)電壓表V1(量程3V,內(nèi)阻約3kΩ)電壓表V2(量程6V,內(nèi)阻約6kΩ)滑動變阻器(最大阻值約10Ω)開關(guān)S,導(dǎo)線若干現(xiàn)在是8頁\一共有41頁\編輯于星期一(1)為了使實驗誤差盡可能小,應(yīng)選用的電流表是

,電壓表是

.(2)若該同學(xué)已正確選用器材,并連接好部分實驗電路.如圖2所示,請在圖中完成其余的電路連接,要求小燈泡兩端的電壓能在0~2.5V范圍連續(xù)變化,且盡可能減少實驗誤差.圖2現(xiàn)在是9頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)該同學(xué)在正確完成實驗后得到如圖3所示的伏安特性曲線,他從圖線中得到“通過小燈泡的電流隨電壓的增大而增大”的規(guī)律.請你分析圖線再寫出兩條規(guī)律:圖3現(xiàn)在是10頁\一共有41頁\編輯于星期一a.

;b.

.答案

(1)A1V1(2)如下圖所示(3)通過小燈泡的電流與電壓的變化關(guān)系是非線性關(guān)系;小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大;小燈泡的功率隨電壓的增大而增大等現(xiàn)在是11頁\一共有41頁\編輯于星期一【例2】某課外學(xué)習(xí)小組想描繪標(biāo)有“4V、2W”的小燈

泡的U—I圖象,除導(dǎo)線和開關(guān)外還備有以下器材可供

選擇:A.電流表(量程0.6A,內(nèi)阻約為1Ω)B.電流表(量程3.0A,內(nèi)阻約為0.2Ω)C.電壓表(量程5.0V,內(nèi)阻約為5kΩ)D.電壓表(量程15.0V,內(nèi)阻約為15kΩ)

E.滑動變阻器(最大阻值為200Ω,額定電流100mA)F.滑動變阻器(最大阻值為10Ω,額定電流1.0A)G.電源(電動勢為6.0V,內(nèi)阻約為1.5Ω)現(xiàn)在是12頁\一共有41頁\編輯于星期一(1)實驗中所用的電流表應(yīng)選

;電壓表選;滑動變阻器應(yīng)選

.(只需填器材前面的字母代號)(2)將圖4中的實物連接成實驗所需的電路(有兩根導(dǎo)線已經(jīng)接好).實驗開始時,滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于最

端.(填“左”或“右”)圖4現(xiàn)在是13頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)經(jīng)過正確的操作,測得的數(shù)據(jù)如下表:請在圖5中描點畫出小燈泡的U—I曲線.圖5現(xiàn)在是14頁\一共有41頁\編輯于星期一(4)若某干電池的端電壓U與電流I的關(guān)系如圖5中圖線a所示,那么將本題中的小燈泡接在該干電池的兩端時,小燈泡的實際功率是

W.答案

(1)ACF(2)實物圖如下圖所示左現(xiàn)在是15頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)U—I圖線如下圖中b所示(4)0.8現(xiàn)在是16頁\一共有41頁\編輯于星期一創(chuàng)新實驗【例3】要描繪某電學(xué)元件(最大電流不超過6mA,最

大電壓不超過7V)的伏安特性曲線，設(shè)計電路如圖6所示.圖中定值電阻R為1kΩ，用于限流；電流表量程為10mA，內(nèi)阻約為5Ω；電壓表(未畫出)量程為10V，內(nèi)阻約為10kΩ；電源電動勢E為12V，內(nèi)阻不計.圖6現(xiàn)在是17頁\一共有41頁\編輯于星期一(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：a.阻值0~200Ω,額定電流0.3Ab.阻值0~20Ω，額定電流0.5A本實驗應(yīng)選用的滑動變阻器是

(填“a”或“b”).(2)正確接線后，測得數(shù)據(jù)如下表：現(xiàn)在是18頁\一共有41頁\編輯于星期一①根據(jù)以上數(shù)據(jù)，電壓表是并聯(lián)在M與

之間的(填“O”或“P”).②根據(jù)以上數(shù)據(jù)，畫出該元件的伏安特性曲線.圖7現(xiàn)在是19頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)畫出待測元件兩端電壓UMO隨MN間電壓UMN變化的示意圖為(無需數(shù)值)

.圖8現(xiàn)在是20頁\一共有41頁\編輯于星期一解析(1)應(yīng)選用0~200Ω的變阻器,調(diào)節(jié)范圍大.(2)①從表中數(shù)據(jù)可估測待測元件的電阻,當(dāng)U=6.16V時,I=0.06mA,則Ω≈100kΩrA=5Ω,所以考慮電流表內(nèi)接,即電壓表應(yīng)并聯(lián)在M與P之間.②描點、連線得伏安特性曲線如下圖所示現(xiàn)在是21頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)UMO隨MN間電壓UMN的變化如下圖所示答案

(1)a(2)①P②見解析圖(3)見解析圖現(xiàn)在是22頁\一共有41頁\編輯于星期一素能提升1.有一規(guī)格為“220V,100W”的燈泡,現(xiàn)用一準(zhǔn)確的歐姆表測其電阻,測量的結(jié)果是()A.大于484Ω B.等于484ΩC.小于484Ω D.無法確定

解析

是燈發(fā)熱狀態(tài)下的電阻.用歐姆表測量時,燈絲溫度為室溫,所以其阻值比484Ω小.C現(xiàn)在是23頁\一共有41頁\編輯于星期一2.用下列器材組成描繪電阻R0伏安特性曲線的電路,請將實物圖9連線成為實驗電路.微安表A(量程200A,內(nèi)阻約200Ω);電壓表V(量程3V,內(nèi)阻約10kΩ)電阻R0(阻值約20kΩ);滑動變阻器R(最大阻值50Ω,額定電流1A);電池組E(電動勢3V,內(nèi)阻不計);開關(guān)S及導(dǎo)線若干.現(xiàn)在是24頁\一共有41頁\編輯于星期一解析

由于可以看出R0 RA,故采用電流表內(nèi)接法,畫出電路原理如右圖所示.把實物與原理圖結(jié)合起來完成連線,注意電壓表、電流表的正、負(fù)接線柱,保證電流從正接線柱進(jìn)從負(fù)接線柱出.如下圖所示.圖9現(xiàn)在是25頁\一共有41頁\編輯于星期一答案

見解析圖現(xiàn)在是26頁\一共有41頁\編輯于星期一3.現(xiàn)要測定一額定電壓4V、額定功率1.6W的小燈泡(圖10中用表示)的伏安特性曲線.要求所測電壓范圍0.1V~4V.圖10現(xiàn)在是27頁\一共有41頁\編輯于星期一現(xiàn)有器材:直流電源E(電動勢4.5V,內(nèi)阻不計);電壓表V(量程4.5V,內(nèi)阻約為4×104Ω);電流表A1(量程250mA,內(nèi)阻約為2Ω);電流表A2(量程500mA,內(nèi)阻約為1Ω),滑動變阻器R(最大阻值約為30Ω),電鍵S,導(dǎo)線若干.如果既要滿足測量要求,又要測量誤差較小,應(yīng)該選用的電流表是

,上面兩個電路應(yīng)該選用的是

.現(xiàn)在是28頁\一共有41頁\編輯于星期一解析

本題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗電路、實驗器材的選取,通過計算才能選出,考查學(xué)生的實驗設(shè)計能力,誤差分析能力.由P=UI得Im=A=0.4A=400mA,所以電流表選A2.根據(jù)電流表、電壓表內(nèi)阻及小燈泡電阻之間的關(guān)系,由于RVR燈,電壓表分流引起的誤差遠(yuǎn)小于電流表分壓引起的誤差,選用電流表外接法,故選甲電路.答案

A2

甲現(xiàn)在是29頁\一共有41頁\編輯于星期一4.如圖11所示為某同學(xué)實驗得到的一小燈泡燈絲的完整U—I曲線.在下面虛線方框中畫出該同學(xué)實驗

用電路圖(根據(jù)電路圖可得該小燈泡燈絲的U—I

關(guān)系完整曲線)并在圖上標(biāo)明所選器材的代號.現(xiàn)在是30頁\一共有41頁\編輯于星期一A.電壓表V1(0~3V,內(nèi)阻5.0kΩ)B.電壓表V2(0~6V,內(nèi)阻8.0kΩ)C.電流表A1(0~0.6A,內(nèi)阻3.0Ω)D.電流表A2(0~3A,內(nèi)阻0.5Ω)E.滑動變阻器R1(30Ω,2A)F.滑動變阻器R2(100Ω,0.5A)G.學(xué)生電源(直流9V)及電鍵、導(dǎo)線等圖11現(xiàn)在是31頁\一共有41頁\編輯于星期一答案

如下圖所示現(xiàn)在是32頁\一共有41頁\編輯于星期一5.某同學(xué)用常規(guī)器材研究標(biāo)有“3.8V,0.3A”字樣的小燈泡兩端的電壓和通過它的電流的關(guān)系,先選擇合理的電路再正確連線,閉合開關(guān)后進(jìn)行實驗,得到的數(shù)據(jù)如下表所示:現(xiàn)在是33頁\一共有41頁\編輯于星期一根據(jù)這些數(shù)據(jù):(1)在圖12中畫出實驗電路圖(圖中的電源和開關(guān)已經(jīng)畫好).圖12現(xiàn)在是34頁\一共有41頁\編輯于星期一(2)在圖13坐標(biāo)系中,選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度,畫出小燈泡的U—I圖線(以U為縱軸).圖13現(xiàn)在是35頁\一共有41頁\編輯于星期一(3)U1=1.00V和U2=3.00V時小燈泡的電阻分別為R1=

Ω,R2=

Ω,其大小不同的原因是

.(4)小燈泡兩端的電壓從零到額定電壓變化時,小燈泡的最大電阻是

Ω,最大電功率是

W