描绘小灯泡的伏安特性曲线

描绘小灯泡的伏安特性曲线一．考点整理基本概念1．实验目的：描绘小电珠的伏安特性曲线；分析伏安特性曲线的变化规律．2．实验原理：用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U–I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．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用式：使电压能从零开始连续变化．3．实验器材：小电珠（3.8V0.3A）或（2.5V0.6A）一个、电压表（0～3V～15V）与电流表（0～0.6A～3A）各一个、滑动变阻器（最大阻值20Ω）一个、学生低压直流电源（或电池组）、开关一个、导线若干、、铅笔．4．实验步骤：⑴确定电流表、电压表的量程，采用电流表接法，滑动变阻器采用式接法，按图中的原理图连接好实验电路．⑵把滑动变阻器的滑片调节到图中最端，接线经检查无误后，闭合开关S．⑶移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S．次数123456789101112U/VI/A⑷拆除电路，整理仪器．5．数据处理：⑴在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．⑵在坐标纸上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）．⑶将描出的点用的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．6．误差分析：由于电压表、电流表不是理想电表，电表对电路的影响会带来误差；电流表、电压表的带来误差，要严格按照读数规则读数；在坐标纸上描点、作图带来误差．7．注意事项：⑴电路的连接方式：①电流表应采用接法：因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的影响很大．②滑动变阻器应采用式连接：目的是使小电珠两端的电压能从开始变化．⑵闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．⑶I–U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲，故在U=1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差．⑷电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8V0.3A”的小电珠，选用电压表的15V量程；若使用“2.5V0.6A”的小电珠，则选用电压表的3V量程．⑸当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开头．⑹误差较大的点要舍去，I–U图线应是平滑曲线而非折线．二．思考与练习思维启动1．一只小灯泡，标有“3V，1.5W”的字样．现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性曲线．实验器材有：A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1F．量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2G．开关、导线若干⑴电压表应选用________；电流表应选用________．（将选项代号的字母填在横线上）⑵在该实验中，设计了如图所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是_______（将选项代号的字母填在横线上）．⑶以下是该实验的操作步骤：A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值最大；C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数（U1，I1），移动滑动变阻器的滑片，每移动一次记下一组（U，I）值，共测出12组数据；D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改：____________________________________________________________________________________________________________________2．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，现有下列器材供选用：A．电压表：0～5V，内阻10kΩB．电压表：0～15V，内阻20kΩC．电流表：0～3A，内阻0.4ΩD．电流表：0～0.6A，内阻1ΩE．滑动变阻器：最大阻值为10Ω，允许最大电流为2AF．滑动变阻器：最大阻值为500Ω，允许最大电流为1AG．学生电源（直流6V)、开关、导线若干⑴实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：____________________；⑵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）三．考点分类探讨典型问题〖考点1〗实物连线及数据处理【例1】一实验小组准备探究某种元件Q的伏安特性曲线，他们设计了如图1甲所示的电路图．⑴请将图乙中的实物连线按电路图补充完整．⑵考虑电表内阻的影响，该元件电阻的测量值________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值．⑶闭合开关S，电流表、电压表均有示数，但无论怎样移动变阻器滑片，总不能将电压表的示数调为零．原因可能是图中的________（选填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”）处接触不良．⑷实验测得表格中的7组数据．请在坐标纸上作出该元件的I–U图线．⑸为了求元件Q在I–U图线上某点的电阻，甲同学利用该点的坐标I、U，由R=U/I求得．乙同学作出该点的切线，求出切线的斜率k，由R=1/k求得．其中________（选填“甲”或“乙”）同学的方法正确．【变式跟踪1】物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清．他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=PR=2×0.75V=1.22V．他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据序号电压/V电流/A10020.400.0230.800.0541.200.1251.600.2062.000.3172.400.44测量数据来绘灯泡的U-I图线，进而分析灯泡的额定电压．A．电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）B．电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）C．电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）D．滑动变阻器R1（0～20Ω）E．滑动变阻器R2（0～100Ω）F．电源E（电动势4.0V，内阻不计）G．开关S和导线若干H．待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）⑴在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________（填“A1”或“A2”）；滑动变阻器选择________（填“R1”或“R2”）．⑵在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在表格中：请你根据实验数据在坐标图中作出灯泡的U–I图线．⑶由图象得出该灯泡的额定电压应为______V；这一结果大于1.23V，其原因是_______________．〖考点2〗实验原理及其操作【例2】图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V．⑴完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，________；②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，________；③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．⑵在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．【变式跟踪2】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V，2.5W”的小灯泡，导线和开关外，还有：A．直流电源：电动势约为5V，内阻可不计B．直流电流表：量程0～3A，内阻约为0.1ΩC．直流电流表：量程0～600mA，内阻约为5ΩD．直流电压表：量程0～15V，内阻约为15kΩE．直流电压表：量程0～5V，内阻约为10kΩF．滑动变阻器：10Ω，2AG．滑动变阻器：1kΩ0.5A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．⑴实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用_______⑵请按要求将图中所示的器材连成实验电路．⑶某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图所示的电路中，其中电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，定值电阻R=9Ω，此时灯泡的实际功率为________W．（结果保留两位有效数字）〖考点3〗电路设计及电表的灵活选取【例3】已知一个标有“2.4V，0.06A”字样的电学元件的R–U特性如图所示．某同学想利用下列可供选择的实验器材，设计一个电路验证该元件的电阻R随电压U变化的图象．可供选择的器材有：电流表A1：量程100mA，内阻约2Ω电流表A2：量程0.3A，内阻约0.3Ω电压表V1：量程1V，内阻500Ω电压表V2：量程15V，内阻1kΩ定值电阻R1：电阻为1kΩ定值电阻R2：电阻为10kΩ滑动变阻器R0：0～10Ω，2A电池E：电动势为3V，内阻很小导线若干和开关S一个⑴利用实验电路测量时，该同学为了提高准确度，测量了多组数据．他在实验中应选用电流表________，电压表________，定值电阻________（填所选器材的符号）；⑵在方框内画出该同学的实验电路图；⑶在实验过程中，元件正常工作时电压表的示数应为________V．【变式跟踪3】在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S=0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路，M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I=1.25A，电压表读数U随OP间距离x的变化如表：x/mm6007008009001000120014001600180020002100220023002400U/V3.954.505.105.906.506.656.826.937.027.157.858.509.059.75⑴绘出电压表读数U随OP间距离x的变化图线；⑵求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．四．考题再练高考试题1．【2012·四川】某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L，规格“4.0V,0.7A”电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω电流表A2，量程0.6A，内阻r2=0.2Ω电压表V，量程3V，内阻rV=9kΩ标准电阻R1，阻值1Ω标准电阻R2，阻值3kΩ次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω学生电源E，电动势6V，内阻不计开关S及导线若干⑴甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为________Ω；⑵乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V；⑶学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．【预测1】在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开头和导线．要求能测出尽可能多组数据．如下图是没有连接完整的实物电路．（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）⑴请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；⑵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________；⑶排