第二章學(xué)生實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線

1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)：描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(dòng)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、電表的讀數(shù)方法對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時(shí)電表允許通過的最大電壓或電流值，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實(shí)際位置進(jìn)行讀 數(shù)即可(1) 03 V的電壓表和03 A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0.1 V和0.1 A ,看清楚指針的實(shí)際位置，讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位.(2) 對于015 V量程的電壓表，精確度是0.5 V ,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后

2、面一位，即讀到0.1 V.(3) 對于00.6 A量程的電流表，精確度是 0.02 A ,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時(shí)要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01 A.舉例：如圖1為電流表和電壓表的刻度盤.圖1甲圖中，電流表使用 06 A量程時(shí)，刻度盤上的每一小格為002 A ,表針示數(shù)為 044 A ;當(dāng)使用3 A量程時(shí)，每一小格為 01 A ,表針示數(shù)為2j20 A.乙圖中，電壓表使用 3 V量程時(shí)，每小格為 01 V,表針示數(shù)為 170 V ;使用15 V量程時(shí)， 每小格為05 V ,表針示數(shù)為 85 V.第1頁二、描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

3、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I-U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 V 0.7 A”或“ 3.8 V 0.3 A” )、滑動(dòng)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,按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好實(shí)物圖.(注意開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零)(2) 閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)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.用

4、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.在坐標(biāo)紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn).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，即曲線上的點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率變小，電阻變大說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大. 6. 注意事項(xiàng)(1) 因I-U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

5、、電流值，因此滑動(dòng)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一(3) 畫I-U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.、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1 在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，選擇“ 3 V 0.5 A”的小燈泡作為研究對象，請回答下面幾個(gè)問題：（1）下列實(shí)驗(yàn)器材中應(yīng)選擇 （ 填入器材序號 ）A .電流表（量程O0.6 A,內(nèi)阻約1 ）B .電流表（量程03 A,內(nèi)阻約1 ）C. 電壓表（量程015 V,內(nèi)阻約10 k ）D. 電壓表（量程03 V ,

6、內(nèi)阻約2 k ）E. 滑動(dòng)變阻器（阻值0100 ）F. 滑動(dòng)變阻器（阻值010 ）G. 電源（電動(dòng)勢約為6 V,內(nèi)阻不計(jì)）H .開關(guān)S,導(dǎo)線若干（2）在本實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用 （填“分壓”或“限流”）接法，電流表應(yīng)采用(填“內(nèi)”或“外”)接法.(3) 在圖3方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并用實(shí)線代替導(dǎo)線，將圖4中的器材連接成可供實(shí)驗(yàn)的電路.圖3圖4答案ADFGH分壓夕卜(3)見解析圖解析(1)燈泡額定電流為05 A ,電流表選擇 A ;燈泡額定電壓為 3 V ,電壓表選擇D ;為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇F;實(shí)驗(yàn)還需要電源、開關(guān)與導(dǎo)線，故需要的實(shí)驗(yàn)器材為：ADFGH ；(2) 描繪小燈泡伏安特

7、性曲線要求電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；由于燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)采用外接法；(3) 滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，電流表采用外接法，電路圖如圖甲所示：根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖乙所示：二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理2 如圖5甲所示為“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(dòng)變阻器的滑片，滑片應(yīng)停留在滑動(dòng)變阻器的最 （選填“左”或右 ）端； 閉合開關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)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)，

8、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)不亮微亮逐漸變亮正常光情況發(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

9、如圖甲所示.為保護(hù)電路安全，開關(guān)閉合之前，題圖甲中滑動(dòng)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I U圖線如圖乙所示.(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)I U圖線可得電壓 U= 3 V時(shí)，I = 0.205 A,3 所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為R= 0205 14.6 .1 .分別讀出下表中的電壓表和電流表的示數(shù)，并填在表格中電表所選量程測量值0 15 V03 V03 A0 0.6 A答案 11.0 V 2.20 V 0.80 A 0.16 A解析 015 V的最小分度為0.5 V

10、 ,讀數(shù)為11.0 V;03 V的最小分度為 0.1 V ,讀數(shù)為2.20 V;03 A的最小分度為 0.1 A ,讀數(shù)為0.80 A;00.6 A的最小分度為 0.02 A ,讀數(shù)為0.16 A.2 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材如下:小燈泡 L( “ 3.8 V 0.3 A”)電壓表V(量程05 V ,內(nèi)阻約5 k )電流表A 1(量程0100 mA ,內(nèi)阻約4 )第7頁電流表 A2（量程O500 mA ,內(nèi)阻約 0.4 ）滑動(dòng)變阻器R（最大阻值10 額定電流1.0 A）滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值500 額定電流05 A）直流電源（電動(dòng)勢約為6 V ,內(nèi)阻不計(jì)）開

11、關(guān)S,導(dǎo)線若干（1）在上述器材中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 ；電流表應(yīng)選 第 # 頁（2）在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)的電路圖，并在圖中注明各元件的符號答案 （1）R1 A 2 （2）見解析圖解析 （1） 本題滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，為了便于調(diào)節(jié)，應(yīng)當(dāng)選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 Ri電流表Ai的量程太小，故電流表應(yīng)選 A2.（2）電路圖如圖所示，因?yàn)闊襞莸碾娮璞容^小，電流表用外接法3在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室備有下列器材供選擇：A 待測小燈泡“ 3 V,0.6 A”B .電流表Ai（量程3 A,內(nèi)阻約為1 ）C .電流表A2（量程0.6 A ,內(nèi)阻約為5 ）D .電壓表

12、Vi（量程3 V ,內(nèi)阻約為10 k ）E. 電壓表 V2（量程15 V ,內(nèi)阻約為 50 k ）F. 滑動(dòng)變阻器（最大阻值為100 額定電流50 mA）G. 滑動(dòng)變阻器（最大阻值為10 額定電流1 A）H. 電源（電動(dòng)勢為4V ,內(nèi)阻不計(jì)）I開關(guān)及導(dǎo)線等（1）電流表應(yīng)選用 ；電壓表應(yīng)選 ；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 . （填器材前面的字母 ）（2）在圖 6 甲實(shí)物圖中，有部分線已連好，要求小燈泡的電壓從零開始測量，請連成符合要求 的完整的電路圖.第11頁（3）開關(guān)閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于 （選填“ A端”“ B端”或“ AB中間”）圖6某同學(xué)實(shí)驗(yàn)后作出的| U圖像如圖乙所示，則當(dāng)燈泡兩端

13、的電壓為 2.4 V時(shí)，燈泡的實(shí)際 電阻是 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）.答案（1）C D G見解析圖（3）A 端（4）4.4解析（2）要求小燈泡的電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大 于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，完整電路圖如圖所示.（3）由題圖甲可知，測量電路與滑動(dòng)變阻器左側(cè)并聯(lián)，故為了保證電路的安全，開關(guān)閉合之前，滑片位置應(yīng)滑到A端；由題圖乙可知，當(dāng)電壓為 2.4 V時(shí)，電流I = 0.55 A ,由 R=卡得：R= 055 4.4 .1. （多選）用伏安法測未知電阻 RX時(shí)，若不知Rx的大約數(shù)值，為了選擇正確的電流表接法以減小誤差，可將儀器按圖 1所示接好，只空出一

14、個(gè)電壓表的一個(gè)接頭K ,然后將K分別與a、b接觸一下，觀察電壓表和電流表示數(shù)變化情況，則（）圖1A .若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aB .若電流表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接bC .若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接aD .若電壓表示數(shù)有顯著變化，K應(yīng)接b答案 BC解析 若K從a移到b時(shí)，電流表讀數(shù)有顯著變化，說明電壓表的分流作用明顯，K應(yīng)接在b處，故A錯(cuò)誤，B正確；若K從a移到b時(shí)，電壓表讀數(shù)有顯著變化，說明電流表的分壓 作用明顯，K應(yīng)接在a處，故C正確，D錯(cuò)誤.2. 要測繪一個(gè)標(biāo)有“ 3 V 0.6 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

15、組（電動(dòng)勢為4.5 V）;電流表（量程為O250 mA ,內(nèi)阻約5 ）電壓表（量程為03 V ,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(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的 （ 填字母代號 ）A 滑動(dòng)變阻器（最大阻值20 額定電流1 A）B .滑動(dòng)變阻器（最大阻值1 750 額定電流03 A）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(dòng)變阻器，故選A.RX 15十 RV 3 OOO在中已經(jīng)明確了控制電路，然后要選擇電流表的接法，題中RA =

16、5 = 3 ,而-RX = 百=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.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；調(diào)節(jié)滑動(dòng)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 06 A ,電壓表量程為3 V .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.電流表量程為06 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010A ,表示數(shù)為0.24 A;電壓表量程為3 V時(shí)，最小

17、刻度為 01 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 燈泡兩端電壓小，電流就小，故為同一組數(shù)據(jù),為另一組數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律RI=半12.00 V0.24 A 8.3 R2 = U =20.280.10= 2.8.4 一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“ 4 V 0.5 A”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I U圖線現(xiàn)有下列器材供選擇:A .電壓表（05 V ,內(nèi)阻約10 k ）B .電壓表（015 V,內(nèi)阻約20 k ）C .電流表（03 A,內(nèi)阻約1 Q ）D .電流表（00.6 A ,內(nèi)阻約0.4 Q）E. 滑動(dòng)變阻器（10 Q 2 A）F. 滑動(dòng)變阻器（500,

18、 1 A）G. 電源（直流6 V）、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用圖 4 中 (填“甲”或“乙” )電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，請說明理由：(2) 實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選 ，電流表應(yīng)選 ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 (用字母序號表示 )(3) 把圖 5 所示的實(shí)驗(yàn)器材用實(shí)線連接成實(shí)物電路圖圖5答案 (1)甲 描繪燈泡的 IU 圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)(2)A D E(3)如圖所示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(dòng)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(dòng)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 6 所示是沒有連接完的實(shí)物電路

19、 (已連接好的導(dǎo)線有 a、b、c、d、e、f 六根 )圖6(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(dòng)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(dòng)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(dòng)(選填“左”或“右”)；(4) 圖線是曲線而不是過原點(diǎn)的直線，原因是 第 # 頁答案（1）連線如圖（2）c段導(dǎo)線斷路或燈泡燈絲斷了右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(dòng)變阻器使用分壓式接法，這樣能使小燈泡兩端

20、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)將電壓表負(fù)極與電流表正極和燈泡的左端連接好，只能將電壓表與燈泡直接并聯(lián)，采用電流 表的外接法，這樣誤差較小.（2）由于整個(gè)電路分成兩條支路，電壓表這條支路無故障，而燈泡這個(gè)支路出故障，只能是燈泡的燈絲斷了或 C段導(dǎo)線斷路所致，導(dǎo)致電壓表直接接入干路，電阻過大，滑動(dòng)變阻器無法控制電流，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)（3）小燈泡的額定電壓為2.5 V ,要增大電壓必須調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讓滑動(dòng)變阻器與小燈泡并聯(lián)部分的電壓增大，所以P要向右滑動(dòng).（4）從伏安特性曲線可以看出，電壓升高時(shí)，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值增大，故曲線說 明了燈絲的電阻隨著溫度升高而增大.6 要測繪額定電壓為 2V的常用小燈泡的伏安特性曲線，