第二章 實(shí)驗(yàn) 測繪小燈泡的伏安特性曲線

1、實(shí)驗(yàn)：測繪小燈泡的伏安特性曲線學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電流表的內(nèi)接法和外接法，并會進(jìn)行正確選擇.2.理解滑動變阻器的兩種接法，能進(jìn)行正確地應(yīng)用.3.學(xué)會描繪小燈泡的伏安特性曲線并掌握分析圖線的方法.一、電流表的內(nèi)接法和外接法的比較1.兩種接法的比較內(nèi)接法外接法電路誤差分析電壓表示數(shù)UVURUAUR電流表示數(shù)IAIRR測R真電壓表示數(shù)UVUR電流表示數(shù)IAIRIVIRR測R真誤差來源電流表的分壓作用電壓表的分流作用2.電流表內(nèi)、外接的選擇方法(1)直接比較法：當(dāng)RxRA時(shí)，采用內(nèi)接法，當(dāng)RxRV時(shí)，采用外接法，即大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法，可記憶為“大內(nèi)小外”.(2)公式計(jì)算法當(dāng)Rx時(shí)，用電流表內(nèi)接

2、法，當(dāng)Rx時(shí)，用電流表外接法，當(dāng)Rx時(shí)，兩種接法效果相同.(3)試觸法：圖1如圖1，把電壓表的可動接線端分別試接b、c兩點(diǎn)，觀察兩電表的示數(shù)變化，若電流表的示數(shù)變化明顯，說明電壓表的分流作用對電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變化，說明電流表的分壓作用對電路影響大，所以應(yīng)選外接法.二、滑動變阻器兩種接法的比較限流式分壓式電路組成變阻器接入電路的特點(diǎn)采用“一上一下”的接法采用“兩下一上”的接法調(diào)壓范圍E(不計(jì)電源內(nèi)阻)0E(不計(jì)電源內(nèi)阻)適用情況負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動變阻器的總電阻R相差不多，或R稍大，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起(1)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始

3、連續(xù)可調(diào)(2)負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器的總電阻R三、測繪小燈泡的伏安特性曲線1.實(shí)驗(yàn)原理用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在IU坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖2所示.圖22.實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(46 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線若干、鉛筆、坐標(biāo)紙.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)根據(jù)小燈泡上所標(biāo)的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按圖3所示的電路圖連接好實(shí)物圖.(注意開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻

4、為零)(2)閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I.(3)用同樣的方法測量并記錄幾組U和I，填入下表.次數(shù)12345678電壓U/V電流I/A(4)斷開開關(guān)，整理好器材.4.數(shù)據(jù)處理(1)在坐標(biāo)紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標(biāo)系.(2)在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn).(3)將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線.5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析(1)結(jié)果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線，而是向橫軸彎曲的曲線.(2)分析：燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化.曲線向橫軸彎曲，即斜率變小，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增

5、大.6.注意事項(xiàng)(1)因IU圖線是曲線，本實(shí)驗(yàn)要測出多組包括零在內(nèi)的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法.(2)由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法.(3)畫IU圖線時(shí)縱軸、橫軸的標(biāo)度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜，不要畫成折線，應(yīng)該用平滑的曲線連接，對個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去.一、實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇例1有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4 V2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的IU圖線.現(xiàn)有下列器材供選擇：A.電壓表(05 V，內(nèi)阻10 k)B.電壓表(015 V，內(nèi)阻20 k)C.電流表(03 A，內(nèi)阻1 )D.電流表(00.6 A，內(nèi)阻0.4 )E.滑

6、動變阻器(10 ，2 A)F.滑動變阻器(500 ，1 A)G.學(xué)生電源(直流6 V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖3_(選填“甲”或“乙”)的電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，請說明理由：_.圖3(2)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用_，電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_.(用序號字母表示).(3)請根據(jù)(1)中所選電路，把圖4中所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖.圖4答案(1)甲描繪小燈泡的IU圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多測幾組數(shù)據(jù)(2)ADE(3)如圖所示解析因?qū)嶒?yàn)?zāi)康氖且獪y繪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合適，這樣小燈泡兩端的電壓可以從零開始調(diào)節(jié)，且能

7、方便地測出多組數(shù)據(jù).因小燈泡額定電壓為4 V，則電壓表選05 V的A，而舍棄015 V的B，因15 V的量程太大，讀數(shù)誤差大.小燈泡的額定電流I0.5 A，則電流表應(yīng)選D.滑動變阻器F的最大阻值遠(yuǎn)大于小燈泡內(nèi)阻8 ，調(diào)節(jié)不方便，電壓變化與滑動變阻器使用 部分的長度線性關(guān)系差，故舍去，則應(yīng)選E.小燈泡電阻為電流表內(nèi)阻的20倍，電壓表內(nèi)阻是小燈泡電阻的1 250倍，故電流表采用了外接法.二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理例2圖5甲為“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3 V.圖5(1)在圖乙方框圖中畫出與實(shí)物電路相對應(yīng)的電路圖.(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑

8、片，滑片應(yīng)停留在滑動變阻器的最_(選填“左”或“右”)端；閉合開關(guān)后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓；記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關(guān).根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線.編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小燈泡發(fā)光情況不亮 微亮 逐漸變亮 正常發(fā)光(3)數(shù)據(jù)分析：從圖線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是_.圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而_.小燈泡

9、正常工作時(shí)的電阻約為_.(保留到小數(shù)點(diǎn)后一位)答案(1)見解析圖(2)左見解析圖(3)先不變，后逐漸增大增大14.6 解析(1)與實(shí)物電路相對應(yīng)的電路圖如圖所示.(2)為保護(hù)電路安全，開關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于最左端.根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的IU圖線如圖所示.(3)從圖線上可以得知，當(dāng)電壓逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大.圖線表明導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大.根據(jù)IU圖線可得電壓U3 V時(shí)，I0.205 A，所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為R 14.6 .1.首先要根據(jù)表中數(shù)據(jù)選擇合適的標(biāo)度；2.描點(diǎn)后用平滑的曲線連接，個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去.1.在圖

10、6中，甲、乙兩圖分別為測燈泡電阻R的電路圖，下列說法不正確的是()圖6A.甲圖的接法叫電流表外接法，乙圖的接法叫電流表內(nèi)接法B.甲中R測R真，乙中R測R真C.甲中誤差由電壓表分流引起，為了減小誤差，應(yīng)使RRV，故此法測較小電阻好D.乙中誤差由電流表分壓引起，為了減小誤差，應(yīng)使RRA，故此法測較大電阻好答案B解析題圖甲叫做電流表的外接法，題圖乙叫做電流表的內(nèi)接法，A正確；題圖甲由于電壓表的分流導(dǎo)致電流的測量值偏大，由R可知，R測R真；R越小，電壓表分流越小，誤差越小，因此這種接法適合測小電阻；題圖乙由于電流表的分壓，導(dǎo)致電壓的測量值偏大.由R得R測R真，R越大，電流表的分壓越小，誤差越小，因此這

11、種接法適用于測大電阻，B錯(cuò)誤，C、D正確；故選B.2.在測繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，所用器材有：小燈泡L、量程恰當(dāng)?shù)碾娏鞅鞟和電壓表V、直流電源E、滑動變阻器R、開關(guān)S等，要求小燈泡兩端電壓從0開始變化.(1)實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器應(yīng)采用_接法(填“分壓”或“限流”).(2)某同學(xué)已連接如圖7所示的電路，在連接最后一根導(dǎo)線的c端到直流電源正極之前，請指出其中僅有的2個(gè)不當(dāng)之處，并說明如何改正.圖7_._.答案(1)分壓(2)開關(guān)S不應(yīng)閉合，應(yīng)處于斷開狀態(tài)滑動變阻器滑動觸頭P位置不當(dāng)，應(yīng)將其置于b端1.有一未知電阻Rx，為較準(zhǔn)確地測出其阻值，先后用圖1中甲、乙兩種電路進(jìn)行測試，利用甲圖測得的數(shù)據(jù)是

12、“2.8 V5.0 mA”，而用乙圖測得的數(shù)據(jù)是“3.0 V4.0 mA”，那么該電阻測得的較為準(zhǔn)確的情況是()圖1A.560 ，偏大 B.560 ，偏小C.750 ，偏小 D.750 ，偏大答案D解析由于，即電流表的變化大，電壓表的分流作用大，根據(jù)試觸法的原則，可知用電流表內(nèi)接法比較準(zhǔn)確，用題圖乙電路，此時(shí)電阻為R750 .在電流表的內(nèi)接法中，測量值大于真實(shí)值，故選D.2.要測繪一個(gè)標(biāo)有“3 V0.6 W”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3 V，并便于操作.已選用的器材有：電池組(電動勢為4.5 V)；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，

13、內(nèi)阻約3 k)；開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干.(1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的_(填字母代號).A.滑動變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)B.滑動變阻器(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)(2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列圖中的_(填字母代號).答案(1)A(2)B解析(1) 根據(jù)“燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作”可知控制電路必定為“分壓電路”，而“分壓電路”需要用總阻值較小的滑動變阻器，故選A.(2)在(1)中已經(jīng)明確了控制電路，然后要選擇電流表的接法，題中3，而200，可知電壓表的分流作用不如電流表的分壓作用明顯，故而應(yīng)選擇電流表的外接法，綜上可知電路圖應(yīng)選用圖B

14、.3.圖2是小組同學(xué)在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖.圖2圖3(1)根據(jù)圖2在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖3中的、所示，電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V.所示讀數(shù)為：_、_、_、_.兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_.答案見解析解析(1)由實(shí)物連接圖可知電路圖如圖所示.(2)電流表量程為0.6 A時(shí)，最小刻度為0.02 A，讀數(shù)讀到小數(shù)點(diǎn)后兩位，所以表示數(shù)為0.10 A，表示數(shù)為0.24 A；電壓表量程為3 V，最小刻度為0.1 V，應(yīng)估讀到0.01 V，所以表示數(shù)為2.00 V，表示數(shù)為0.28 V，根據(jù)歐姆定律R18.

15、3 ，R2 2.8 .4.“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，提供的實(shí)驗(yàn)器材有：A.小燈泡(額定電壓為3.8 V，額定電流約為0.3 A)B.電流表A(00.6 A，內(nèi)阻約為0.5 )C.電壓表V(06 V，內(nèi)阻約為5 k)D.滑動變阻器R1(010 ，2 A)E.滑動變阻器R2(0100 ，0.2 A)F.電源(6 V，內(nèi)阻不計(jì))G.開關(guān)及導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器選_(填“R1”或“R2”).(2)該同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)測量電路，通過改變滑動變阻器滑片的位置，使電流表的讀數(shù)從零開始變化，記錄多組電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I.請?jiān)趫D4甲中用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)電路連接完整.圖4(3)該同學(xué)根

16、據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的UI圖像，根據(jù)圖像可知小燈泡的電阻隨著電流的增大而_(填“增大”、“減小”或“不變”).答案(1)R1(2)如圖所示(3)增大解析“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)應(yīng)該設(shè)計(jì)成分壓電路，滑動變阻器選擇阻值范圍小的R1.由于小燈泡電阻小，采用電流表外接法.根據(jù)圖像可知小燈泡的電阻隨著電流的增大而增大.5.在做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有：電動勢為6 V的電源，額定電壓為2.5 V的小燈泡，以及符合實(shí)驗(yàn)要求的滑動變阻器、電表、開關(guān)和導(dǎo)線.要求能測出盡可能多組數(shù)據(jù)，如圖5是沒有連接完的實(shí)物電路.(已連接好的導(dǎo)線有a、b、c、d、e、f六根)圖5(1)請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物電路連接完整；(2)連好電路，閉合開關(guān)，移動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，則故障的原因可能是_；(3)排除故障后閉合開關(guān)，移動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向_端滑動(選填“左”或“右”)；(4)圖線是曲線而不是過原點(diǎn)的直線，原因是_.答案(1)連線如圖(2)c段導(dǎo)線斷路或燈泡燈絲斷了(3)右(4)燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大解析(1)測繪小燈泡的伏安特性曲線要求滑動變阻器使用分壓式接法，這樣能使小燈泡兩端的電壓從零開始逐漸增大，小燈泡電阻與電流表內(nèi)阻往往相差不大，而且由于實(shí)物圖中已經(jīng)