第二章 学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线.docx

1、学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线学习目标1.理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法，能进行正确地应用.3.学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法一、电表的读数方法对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(2)对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，

2、即读到0.1 V.(3)对于00.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘图1甲图中，电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A.乙图中，电压表使用3 V量程时，每小格为0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，表针示数为8.5 V.二、描绘小灯泡的伏安特性曲线1实验原理用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压

3、，测出多组(U，I)值，在IU坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图2所示图22实验器材学生电源(46 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸3实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.(3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表.次数12345678电压

4、U/V电流I/A(4)断开开关，整理好器材4数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线5实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大6注意事项(1)因IU图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法(3)画

5、IU图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择例1在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，选择“3 V0.5 A”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：(1)下列实验器材中应选择_(填入器材序号)A电流表(量程00.6 A, 内阻约1 )B电流表(量程03 A，内阻约1 )C电压表(量程015 V，内阻约10 k)D电压表(量程03 V，内阻约2 k)E滑动变阻器(阻值0100 )F滑动变阻器(阻值010 )G电源(电动势约为6 V，内阻不计)H开关S，导线若干(2)在

6、本实验中，滑动变阻器应采用_(填“分压”或“限流”)接法，电流表应采用_(填“内”或“外”)接法(3)在图3方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图4中的器材连接成可供实验的电路图3图4答案(1)ADFGH(2)分压外(3)见解析图解析(1)灯泡额定电流为0.5 A，电流表选择A；灯泡额定电压为3 V，电压表选择D；为方便实验操作，滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH；(2)描绘小灯泡伏安特性曲线要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；(3)滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法

7、，电路图如图甲所示：根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图乙所示：二、实验数据处理例2如图5甲所示为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V.图5(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图(2)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最_(选填“左”或“右”)端；闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；记录如下8组U和I的数据，断开开关根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.编号12345678U/V0.200.601.001.4

8、01.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小灯泡发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常 发光(3)数据分析：从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_图线表明导体的电阻随温度的升高而_小灯泡正常工作时的电阻约为_(保留到小数点后一位)答案(1)见解析图(2)左见解析图(3)先不变，后逐渐增大增大14.6 解析(1)与实物电路相对应的电路图如图甲所示(2)为保护电路安全，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端根据表格中的数据，画出小灯泡的IU图线如图乙所示(3)从图线上可以得知，当电压逐渐增大

9、时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大图线表明导体的电阻随温度的升高而增大根据IU图线可得电压U3 V时，I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R 14.6 .1分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.电表所选量程测量值015 V03 V03 A00.6 A答案11.0 V2.20 V0.80 A0.16 A解析015 V的最小分度为0.5 V，读数为11.0 V；03 V的最小分度为0.1 V，读数为2.20 V；03 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；00.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.2在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可

10、供选择的实验器材如下：小灯泡L(“3.8 V0.3 A”)电压表V(量程05 V，内阻约5 k)电流表A1(量程0100 mA，内阻约4 )电流表A2(量程0500 mA，内阻约0.4 )滑动变阻器R1(最大阻值10 ，额定电流1.0 A)滑动变阻器R2(最大阻值500 ，额定电流0.5 A)直流电源(电动势约为6 V，内阻不计)开关S，导线若干(1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号答案(1)R1A2(2)见解析图解析(1)本题滑动变阻器采用分压式接法，为了便于调节，应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器应选R1.电

11、流表A1的量程太小，故电流表应选A2.(2)电路图如图所示，因为灯泡的电阻比较小，电流表用外接法3在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室备有下列器材供选择：A待测小灯泡“3 V,0.6 A”B电流表A1(量程3 A，内阻约为1 )C电流表A2(量程0.6 A，内阻约为5 )D电压表V1(量程3 V，内阻约为10 k)E电压表V2(量程15 V，内阻约为50 k)F滑动变阻器(最大阻值为100 ，额定电流50 mA)G滑动变阻器(最大阻值为10 ，额定电流1 A)H电源(电动势为4 V，内阻不计)I开关及导线等(1)电流表应选用_；电压表应选_；滑动变阻器应选用_(填器材前面的字母)(2

12、)在图6甲实物图中，有部分线已连好，要求小灯泡的电压从零开始测量，请连成符合要求的完整的电路图(3)开关闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于_(选填“A端”“B端”或“AB中间”)图6(4)某同学实验后作出的IU图像如图乙所示，则当灯泡两端的电压为2.4 V时，灯泡的实际电阻是_ (结果保留两位有效数字)答案(1)CDG(2)见解析图(3)A端(4)4.4解析(2)要求小灯泡的电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，完整电路图如图所示(3)由题图甲可知，测量电路与滑动变阻器左侧并联，故为了保证电路的安全，开关闭合之前，滑片位置应滑到A端；(

13、4)由题图乙可知，当电压为2.4 V时，电流I0.55 A，由R得：R 4.4 .1.(多选)用伏安法测未知电阻Rx时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将仪器按图1所示接好，只空出一个电压表的一个接头K，然后将K分别与a、b接触一下，观察电压表和电流表示数变化情况，则()图1A若电流表示数有显著变化，K应接aB若电流表示数有显著变化，K应接bC若电压表示数有显著变化，K应接aD若电压表示数有显著变化，K应接b答案BC解析若K从a移到b时，电流表读数有显著变化，说明电压表的分流作用明显，K应接在b处，故A错误，B正确；若K从a移到b时，电压表读数有显著变化，说明电流表

14、的分压作用明显，K应接在a处，故C正确，D错误2要测绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作已选用的器材有：电池组(电动势为4.5 V)；电流表(量程为0250 mA，内阻约5 )；电压表(量程为03 V，内阻约3 k)；开关一个、导线若干(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填字母代号)A滑动变阻器(最大阻值20 ，额定电流1 A)B滑动变阻器(最大阻值1 750 ，额定电流0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列图中的_(填字母代号)答案(1)A(2)B解析(1) 根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作”

15、可知控制电路必定为“分压电路”，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选A.(2)在(1)中已经明确了控制电路，然后要选择电流表的接法，题中3，而200，可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的外接法，综上可知电路图应选用图B.3图2是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图图2图3(1)根据图2在虚线框中画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图3中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V读数为：_、_、_、_.两组数据得到的电阻分别为_和_答案见解析解析(1)由实物连接图可知电路图如图所示(2)电流表量

16、程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以表示数为0.10 A，表示数为0.24 A；电压表量程为3 V时，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以表示数为2.00 V，表示数为0.28 V灯泡两端电压小，电流就小，故为同一组数据，为另一组数据，根据欧姆定律R18.3 ，R2 2.8 .4一个小灯泡上标有“4 V0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线现有下列器材供选择：A电压表(05 V，内阻约10 k) B电压表(015 V，内阻约20 k)C电流表(03 A，内阻约1 ) D电流表(00.6 A，内阻约0.4 )E滑动变阻器(10 ，2

17、A) F滑动变阻器(500 ，1 A)G电源(直流6 V)、开关、导线若干图4(1)实验时，选用图4中_(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：_.(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(用字母序号表示)(3)把图5所示的实验器材用实线连接成实物电路图图5答案(1)甲描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)如图所示5在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源，额定电压为2.5 V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线要求能测出尽可能多组数据，如图6所示是没有连接完的实物电路(已连接好

18、的导线有a、b、c、d、e、f六根)图6(1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；(2)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是_；(3)排除故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2 V，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向_端滑动(选填“左”或“右”)；(4)图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_.答案(1)连线如图(2)c段导线断路或灯泡灯丝断了(3)右(4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大解析(1)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求滑动变阻器使用分压式接法，这样能使小灯泡两端的电压从零开始逐渐增大，小灯泡

19、电阻与电流表内阻往往相差不大，而且由于实物图中已经将电压表负极与电流表正极和灯泡的左端连接好，只能将电压表与灯泡直接并联，采用电流表的外接法，这样误差较小(2)由于整个电路分成两条支路，电压表这条支路无故障，而灯泡这个支路出故障，只能是灯泡的灯丝断了或c段导线断路所致，导致电压表直接接入干路，电阻过大，滑动变阻器无法控制电流，电流表几乎不偏转(3)小灯泡的额定电压为2.5 V，要增大电压必须调节滑动变阻器，让滑动变阻器与小灯泡并联部分的电压增大，所以P要向右滑动(4)从伏安特性曲线可以看出，电压升高时，电压表示数与电流表示数的比值增大，故曲线说明了灯丝的电阻随着温度升高而增大6要测绘额定电压为

20、2 V的常用小灯泡的伏安特性曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：A电源(电动势3.0 V，内阻可不计)B电压表V1(量程03.0 V，内阻约2 k)C电压表V2(量程015.0 V，内阻约6 k)D电流表A1(量程00.6 A，内阻约1 )E电流表A2(量程0100 mA，内阻约2 )F滑动变阻器R1(最大阻值10 )G滑动变阻器R2(最大阻值2 k)(1)为减小实验误差，实验中电压表应选择_，电流表应选择_，滑动变阻器应选择_(填各器材的序号)(2)为提高实验精度，请你设计实验电路图，并画在下面的虚线框中(3)实验中测得一组数据如下表所示，根据表格中的数据在如图7

21、所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00图7(4)该小灯泡在额定电压下的电阻是_.答案(1)BDF(2)见解析图(3)见解析图(4)4解析(1)由题意及表中数据知小灯泡额定电压为2 V，额定电流为0.5 A，故电压表应选B，电流表应选D；又描绘伏安特性曲线要求电流从零开始调，故变阻器应用分压式接法，应选总阻值小的变阻器F.(2)由于小灯泡电阻较小，满足，电流表应用外接法，又变阻器应采用分压式接法，电路图如图所示：(3)小灯泡的伏安特性曲线如图所示：(4)电压为2 V时，电流为0.5 A，则R 4 .