测绘小灯泡的伏安特性曲线.doc

扬中市第二高级中学2014-2015学年度高二物理导学案
实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
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1．实验原理
用 测出流过小灯泡的电流，用 测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在I－U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。
2．实验器材
学生电源(4V～6V直流)或电池组、小灯泡(“4V，0.7A”
或“3.8V，0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、

开关、导线若干、铅笔、坐标纸。
3．在虚线框中画出测小灯泡伏安特性
曲线的电路图。

一、电流表的内接法和外接法的比较

内接法
外接法
电路图

误差原因
电流表的分压
电压表的分流
测量值和
真实值的
比较
R测＝＝Rx＋RA
测量值大于真实值
R测＝＝
测量值小于真实值
适用于
测量
测大(填“大”
或“小”)
电阻或>
测小(填“大”
或“小”)
电阻或>

二、滑动变阻器的两种接法比较

限流式
分压式
电路组成

变阻器接入电路的特点
采用“一上一下”的接法
采用“两下一上”的接法
调压范围
～E
(不计电源内阻)
0～E
(不计电源内阻)
适用情况
负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起。
(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调。
(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R。
三、实验过程
1．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，按图所示的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
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V

电流I/A

(4)断开开关，整理好器材。
2．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。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)
(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。
3．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。
4．误差分析
(1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。
(2)测量误差：测量时读数带来误差。
5．注意事项
(1)因I-U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I-U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。

【典例精析】
例1．有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。现有下列器材供选择：
A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)
B．电压表(0～15V，内阻20kΩ)
C．电流表(0～3A，内阻1Ω)
D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)
E．滑动变阻器(10Ω，2A)
F．滑动变阻器(500Ω，1A)
G．学生电源(直流6V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：
____________________________________________________
_________________。

(2)实验中所用电压表应选用_____，电流表应选用_____，滑动变阻器应选用_____。(用序号字母表示)
(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。

例2．某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
(1)在图中画出I-U图象。

(2)从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是 。
(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而 。

【课堂达标检测】
1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
小灯泡L，“3.8V，0.3A”
电压表V，量程0～5V，内阻5kΩ
电流表A1，量程0～100mA，内阻4Ω
电流表A2，量程0～500mA，内阻0.4Ω
滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流1.0A
滑动变阻器R2，最大阻值5Ω，额定电流0.5A
直流电源E，电动势约为6V，内阻约为0.5Ω
(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。

(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如图所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)(　 　)

2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：
A．小灯泡：规格为“3.8V，0.3A”
B．电流表：量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω
C．电流表：量程0～3A，内阻约为0.1Ω
D．电压表：量程0～5V，内阻约为5kΩ
E．滑动变阻器：阻值范围0～10Ω，额定电流2A
F．电池组：电动势6V，内阻约为1Ω
G．开关一只，导线若干
(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8V且能方便地进行调节，因此电流表应选____。(填器材前选项)
(2)根据你选用的实验电路，将图所示的器材连成实物电路。

【课后巩固练习】
1．要测绘一个标有“3V，0.6W”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3V，并便于操作。已选用的器材有：
电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)；
电流表(量程为0～250mA，内阻约5Ω)；
电压表(量程为0～3V，内阻约3kΩ)；
电键一个、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20Ω，额定电流1A)
B．滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)
(2)实验的电路图应选用下列的图______(填字母代号)。

2．在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：小灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等，要求小灯泡两端电压从0开始变化。
(1)实验中滑动变阻器应采用__________接法(填“分压”或“限流”)。
(2)某同学已连接如图所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正。

①_____________________________________________________________________________________________________。
②_________________________________________________________________________________________________。

3．如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图。
(1)为了通过测量得到如图甲所示I－U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图_________，简要说明理由：
___________________________________________。
(电源电压为9V，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)
(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为 Ω。

　　　　　　　甲　　　　　　　　 乙

　　　　　　 丙　　　　　　 丁

4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。闭合开关后：

(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是____导线断路。
(2)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图中的(a)、(b)、(c)，下列说法正确的是 (　 )
A．a可以作为标准电阻使用
B．b能作为标准电阻使用
C．b的阻值随电压升高而增大
D．c的阻值随电压升高而增大

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