1、第二章第二章 恒定电流恒定电流实验实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线测绘小灯泡的伏安特性曲线 一、实验目的一、实验目的 测绘小灯泡的伏安特性曲线测绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析其变化规律并分析其变化规律 二、实验原理二、实验原理 用电压表测出小灯泡两端的电压用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电用电流表测出通过小灯泡的电流流，在在 IU 坐标系中描出各组实验数据对应的点坐标系中描出各组实验数据对应的点，用平滑的曲用平滑的曲线连接起来就得到小灯泡的伏安特性曲线线连接起来就得到小灯泡的伏安特性曲线 三、实验器材三、实验器材 电源、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐电源
2、、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔标纸、铅笔 四、实验步骤四、实验步骤 1确定电流表、电压表的量程确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法采用电流表外接法，按如图所按如图所示的电路原理图连接好实验电路示的电路原理图连接好实验电路 实验原理图实验原理图 2把滑动变阻器的滑片调节到把滑动变阻器的滑片调节到 a 端端，电路经检查无误后电路经检查无误后，闭合闭合开关开关 S.3改变滑改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数表的示数 I 和和 U，记入表格内记入表格内，断开开关断开开关 S.4拆去实验线路拆去
3、实验线路，整理好实验器材整理好实验器材 五、数据处理五、数据处理 1在坐标纸上建立坐标系在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据坐标所取分度应参考测量数据，比比例适当例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸 2连线一定要用平滑的曲线连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线不能画成折线 3根据图象计算电阻时根据图象计算电阻时，应用应用 RUI来计算来计算 六、误差分析六、误差分析 1由于电压表不是理想电表由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大内阻并非无穷大，对电路的影响对电路的影响会带来误差会带来误差，电流表外接电流表外接，则电流表示数偏大则电流表示数偏大
4、 2测量时测量时，读数带来误差读数带来误差 3在坐标纸上描点、作图带来误差在坐标纸上描点、作图带来误差 七、注意事项七、注意事项 1开关闭合前开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置的位置，如实验原理图乙中如实验原理图乙中 a 端端 2在增大电压的过程中在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压要确保不超过小灯泡的额定电压 3在选择电表的量程时在选择电表的量程时，掌握以下原则：掌握以下原则：在测量值不超过电表在测量值不超过电表量程的前提下量程的前提下，指针尽量偏转至指针尽量偏转至23量程左右量程左右 4测绘测绘 IU(UI)图线时
5、要注意三点图线时要注意三点(1)标度选取合理即作出的图象既可以把表中所给出的所有点标度选取合理即作出的图象既可以把表中所给出的所有点都标注上都标注上，同时又要使图象分布在中央位置上；同时又要使图象分布在中央位置上；(2)用用“”或或“”“”标注点；标注点；(3)用平滑曲线拟合连接各点用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃误差较大的点可以舍弃 实验原理、器材的选择和电路的连接实验原理、器材的选择和电路的连接 有一个小灯泡上标有有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样的字样，现在要用伏现在要用伏安法描绘这个灯泡的安法描绘这个灯泡的 IU 图线现有下列器材供选择：图线现有下列器材供选择：A电
6、压表电压表(05 V，内阻内阻 10 k)B电压表电压表(015 V，内阻内阻 20 k)C电流表电流表(03 A，内阻内阻 1)D电流表电流表(00.6 A，内阻内阻 0.4)E滑动变阻器滑动变阻器(10，2 A)F滑动变阻器滑动变阻器(500，1 A)G学生电源学生电源(直流直流 6 V)、开关、导线若干、开关、导线若干 描绘小灯泡的描绘小灯泡的IU图线所测数据需图线所测数据需甲甲从零开始，并要多测几组数据从零开始，并要多测几组数据EAD如图所示如图所示解析解析 因实验目的是要测绘小灯泡的伏安特性曲线因实验目的是要测绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次需要多次改变小灯泡两端的电压改变小灯泡两端
7、的电压，故采用题图甲所示的分压式电路合适故采用题图甲所示的分压式电路合适，这样小灯泡两端的电压可以从零这样小灯泡两端的电压可以从零开始调节开始调节，且能方便地测出多组且能方便地测出多组数据因小灯泡额定电压为数据因小灯泡额定电压为 4 V，则电压表选则电压表选 05 V 的的 A，而而舍弃舍弃 015 V 的的 B，因因 15 V 的量程太大的量程太大，读数误差大小灯泡读数误差大小灯泡的额定电流的额定电流 I0.5 A，则电流表只能选则电流表只能选 D.滑动变阻器滑动变阻器 F 的最大的最大阻值远大于小灯泡内阻阻值远大于小灯泡内阻 8，调节不方便调节不方便，电压变化与滑动变电压变化与滑动变阻器使
8、用部分的长度线性关系差阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去故舍去，则应选则应选 E.小灯泡内小灯泡内阻为电流表内阻的阻为电流表内阻的80.420 倍倍，电压表内阻是小灯泡的电压表内阻是小灯泡的1010381 250 倍倍，故电流表采用了外接法故电流表采用了外接法 测绘小灯泡的伏安特性曲线问题三点注意测绘小灯泡的伏安特性曲线问题三点注意(1)根据题目要求明确变阻器采用分压接法还是限流接法根据题目要求明确变阻器采用分压接法还是限流接法，测量测量电路采用电流外接法电路采用电流外接法 (2)选择电表量程时选择电表量程时，在不超过电表量程的前提下在不超过电表量程的前提下，指针尽量偏指针尽量偏转转13至至
9、23量程之间量程之间 (3)电流表、电压表连线时电流表、电压表连线时，注意电流从正接线柱进入注意电流从正接线柱进入，从负接从负接线柱流出线柱流出 实验数据的处理实验数据的处理 某同学在做某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得的实验中得到如下表所示的几组到如下表所示的几组 U 和和 I 的数据：的数据：编号编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205(1)在下图中画出在下图中画出 IU 图象图象 (2)从图象上可以看出
10、从图象上可以看出，当电压逐渐增大时当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情灯丝电阻的变化情况是况是_(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_ 开始不变，后来逐渐变大开始不变，后来逐渐变大增大增大见解析图见解析图解析解析 根据表中的数据根据表中的数据，在坐标在坐标纸上找出对应的点纸上找出对应的点，连成平滑的曲连成平滑的曲线线，即即 IU 图线图线 在在 IU 图线中图线中，任一点与原点连任一点与原点连线的斜率的倒数即为这一状态的线的斜率的倒数即为这一状态的电阻值电阻值，即即 RUI，从图线看出斜率越来越小从图线看出斜率越来越小，其倒数越来越大其倒数越来越大，即灯丝电阻随
11、功率增加而变大即灯丝电阻随功率增加而变大，或者说随温度升高而变大或者说随温度升高而变大 描绘图线时描绘图线时，要用平滑的曲线将各点连接起来要用平滑的曲线将各点连接起来，若图线为直线若图线为直线，则画直线的原则有：则画直线的原则有：(1)使尽量多的点在直线上使尽量多的点在直线上 (2)不在直线上的点均匀分布在直线两侧不在直线上的点均匀分布在直线两侧 (3)远离直线的点舍去远离直线的点舍去 某同学利用如图甲所示的实验电路来探究电阻某同学利用如图甲所示的实验电路来探究电阻 Rx随电随电压压 U 变化的关系操作如下：变化的关系操作如下：A闭合开关闭合开关 S1，单刀双掷开关单刀双掷开关 S2拨到拨到
12、a 点点，适当调节滑动变适当调节滑动变阻器阻器 R，读出电压表示数读出电压表示数 U1；保；保持持 R阻值不变阻值不变，把把 S2拨到拨到 b点点，调节电阻箱调节电阻箱 R 的阻值的阻值，直到电直到电压表示数仍为压表示数仍为 U1，电阻箱读电阻箱读数为数为 R1 B把把 S2再拨到再拨到 a 点点，调节调节 R的阻值的阻值，读出电压表示数读出电压表示数 U2；把；把S2再拨到再拨到 b 点点，调节电阻箱调节电阻箱 R 的阻值的阻值，直到电压表示数为直到电压表示数为 U2，此时电阻箱读数为此时电阻箱读数为 R2 C改变滑动变阻器改变滑动变阻器 R的阻值的阻值，重复上述操作重复上述操作，得到几组电
13、压表得到几组电压表示数与示数与 R 的数据如下表的数据如下表 电阻电阻R/5.010.015.025.035.045.0电压电压U/V1.001.501.802.142.322.45(1)请在图乙中根据实验数据作出请在图乙中根据实验数据作出 UR 关系图象关系图象 (2)若电压表示数为若电压表示数为 2.00 V利用利用(1)中测绘的中测绘的 UR 图象可得图象可得 Rx_.20见解析图见解析图解析解析 (1)先以实验得到的每先以实验得到的每一组一组(R，U)数据描点数据描点，然后用平滑然后用平滑的曲线连接以上所描的点的曲线连接以上所描的点，得到得到 UR 图线如图所示图线如图所示 (2)对照对照 UR 图线图线，找到图线上找到图线上 U2.00 V 的点的点，读出其对应的读出其对应的Rx20(1921 均可以均可以)本实验是采用替代法测量电阻本实验是采用替代法测量电阻 Rx在不同电压下在不同电压下的阻值的阻值，因此描绘出的因此描绘出的 UR 图线图线即为即为 URx图线图线
