实验一：测绘小灯泡的伏安特性曲线

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的测绘小灯泡的伏安特性曲线．二、实验器材小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导线、开关、坐标纸．三、实验原理用电流表和电压表测出灯泡在不同电压下的电流，建立U­I坐标系，描点连成直线或平滑曲线即得到小灯泡的伏安特性曲线．为了尽可能多取些数据点并减小实验误差，应选用电流表外接法，滑动变阻器分压接法电路，因为小灯泡的电阻值较小．四、实验步骤1．连接电路将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示电路．2．测出小灯泡在不同电压下的电流(1)闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到最左端，以使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化；同时，这样做也防止开关刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．(2)移动滑动变阻器触头位置，测出12组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格.U/V00.20.40.60.81.01.2I/A0U/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A3.画出伏安特性曲线(1)在坐标纸上以U为横轴、以I为纵轴，建立坐标系．(2)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)(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．4．拆除电路，整理仪器．【交流与思考】描绘出小灯泡的伏安特性曲线，曲线上各点对应的曲线的斜率是否表示小灯泡在该电压下的电阻值？若是，说明理由；若不是，如何表示该电压下的电阻值？五、注意事项1．电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：因为小灯泡的电阻很小，与0～0.6A电流表串联时，电流表的分压影响不能忽略．(2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化．2．闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到小灯泡分得电压为零的位置，可以使开关闭合时小灯泡电压能从零开始变化．同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．3．I­U图线在U＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右测绘点要密，否则将出现很大误差．4．电流表选择0.6A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定，即使用的若是“3.8V,0.3A”的小灯泡，选用电压表的15V量程，若使用“2.5V,0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程．5．保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值，读出I后立即断开开关．6．误差较大的点要舍去，I­U图线应是平滑曲线而非折线．六、误差分析1．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．在坐标纸上描点、作图带来误差．例(广东卷)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小灯泡(2.5V,0.6W)，滑动变阻器、多用电表、电流表、学生电源、开关、导线若干．(1)粗测小灯泡的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”“×10”或“×100”)；调零后，将表笔分别与小灯泡的两极连接，示数如图甲，结果为______Ω.(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线．(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于______端．为使小灯泡亮度增加，P应由中点向________端滑动．(4)下表为电压等间隔变化测得的数据．为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)．数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244【解析】(1)根据小灯泡的规格可算出在额定电压下的阻值约为10Ω，故用多用电表粗测阻值时应使指针在中值电阻附近，误差小，故应选择“×1”倍率，示数为7.5Ω.(2)(3)滑动变阻器采用分压式接法，开关闭合前，应使加在小灯泡两端的电压最小，并从零开始调节，故应将滑动变阻器的滑片P置于a端；要使小灯泡亮度增加，P应由中点向b端滑动．(4)从表格数据可以看出，ab间的电流变化过大，应在其间多测几组数据，才能获得更准确的图像．【答案】(1)×17.5(2)见解析(3)ab(4)ab题后反思滑动变阻器接成分压式，将电源的全部电压加在了变阻器的两个固定端接柱上，滑片将全部电阻分成了两部分，关键要弄清是哪部分电阻的电压加在了灯泡两端(是滑片与灯泡所接的固定端之间电阻)．跟踪训练(2012·安徽)如图为“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.(1)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．(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．诱思启导(1)此电路图熟悉吗？的确它就是学生实验中测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验电路．(2)还记得此实验的实验步骤吗？【解析】本题考查测小灯泡伏安特性曲线的实验．(1)①滑动变阻器在最左端时，小灯泡电压最小，为了保护小灯泡不被烧坏，因此在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最左端．②在调节滑动变阻器时，应注意电压表的示数不能超过小灯泡的额定电压．【答案】(1)①使它靠近变阻器左端的接线柱②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)如图所示1．(2013·西安质检)某同学用图甲所示的电路测绘额定电压为3.0V的小灯泡的伏安特性图线，并研究小灯泡的实际功率及灯丝温度等问题．(1)根据电路图，将图乙中的实验仪器连成完整的实验电路．(2)该同学根据实验数据画出的小灯泡I­U图线如图丙．造成图中小灯泡的伏安特性图线是曲线的原因为__________.(3)根据I­U图线，可确定小灯泡在电压为2.0V时的实际功率为________．(保留两位有效数字)．(4)已知小灯泡灯丝在27℃时电阻是1.5Ω，并且小灯泡灯丝电阻值与灯丝温度的关系为R＝k(273＋t)，k为比例常数．根据I­U图线，估算该小灯泡正常工作时灯丝的温度约为________℃.解析(1)根据电路图连接实物图时要“先串后并，接线到柱，注意量程和正负”，千万不要把分压式电路连成限流式电路．(2)随着小灯泡两端电压的逐渐升高，通过小灯泡的电流逐渐增大，灯丝温度也逐渐升高，灯丝的电阻率增大，小灯泡的电阻增大，I­U图线的斜率减小，造成小灯泡的伏安特性图线是曲线．(3)由I­U图像可知，当U＝2.0V时，通过小灯泡的电流I＝0.34A，则此时小灯泡的实际功率P＝UI＝2×0.34W＝0.68W.(4)小灯泡正常工作时的电压U＝3.0V，额定电流约为I＝0.46A，则有1.5＝k(273＋27)，30.46＝k(273＋t)，解得t≈1031℃答案(1)如解析图所示(2)随着小灯泡两端电压的升高，电流增大，灯丝温度升高，电阻率增大，电阻变大(3)0.68W(4)10312．某同学为了描绘一个标有“12V,6W”的小灯泡的伏安特性曲线，他到实验室寻找到了一些仪器，但没找到电压表，找到的器材规格如下：A．电流表A1(0～0.5A，内阻为0.5Ω)B．电流表A2(0～0.6A，内阻约为0.3Ω)C．电阻箱R1(0～9999.9Ω，最小调节量0.1Ω)D．电阻箱R2(0～99.9Ω，最小调节量0.1Ω)E．滑动变阻器R3(0～50Ω，额定电流为1.5A)F．滑动变阻器R4(0～5Ω，额定电流为3A)G．16V直流电源H．开关、导线若干，待测灯泡利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实验．(1)画出实验原理图；(2)以上器材中电阻箱应选用________；滑动变阻器应选用________(填代号)．(3)写出小灯泡两端电压的表达式，并说明式中符号的意义：____________________________________________.解析因没有电压表，可以用电阻箱和电流表来代替电压表，选择的电阻箱阻值要大．对滑动变阻器的选择，因要作伏安特性曲线，电压要从零开始，用分压式接法，阻值选小的．灯泡和电阻箱并联，测出流过灯泡的电流，测出总电流，就可以算出流过电阻箱的电流，从而算出灯泡两端的电压．答案(1)如图所示(2)R1R4(3)(I2－I1)R1－I1RA1I1、I2分别是A1、A2的读数，R1、RA1分别是R1、A1的阻值3.描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验电路如右图所示，所用小灯泡的额定电压是3.8V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是()A．系统误差主要是由电压表的分流引起的B．系统误差主要是由电流表的分压引起的C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的D．系统误差主要是由读数时的估读引起的解析由于小灯泡的电阻比较小，所以采用电流表外接的方法．此时电压表的测量值是准确的，但是电流表的测量值和真实值相比要大，原因是电压表分流．答案A4．(2011·广东汕头质检)如图甲是某电器元件的伏安特性曲线，有实验小组想用伏安法验证该伏安特性曲线，已有符合实验要求的电压表V(内阻约为10kΩ)；滑动变阻器R；直流电源E(电动势6V，内阻不计)；开关S和导线若干，另有电流表A1(量程0～50mA，内阻约为50Ω)、电流表A2(量程0～300mA，内阻约为10Ω)可供选择．(1)从图像可判断该元件的电阻随温度的增大而______；(2)电流表应选用________(选填“A1”或“A2”)；(3)图乙实物图中，已正确连接部分电路，请完成余下电路的连接；(4)请完成主要实验的步骤：A．连接好实验电路，把变阻器的滑动片调到________(选填“A端”或“B端”)；B．闭合开关，________，使通过元件的电流从小到大变化，读出数据．解析(1)在U­I图像中，图线的斜率代表电阻，斜率越来越小，代表阻值越来越小．(2)由图甲的横坐标可知，电流表选择A2(3)研究某电器元件的伏安特性曲线，滑动变阻器应该采用分压式接法；开关要控制整个电路．(4)为了保护用电器，变阻器的滑动片应调到B端．答案(1)减小(2)A2(3)如图所示(4)B端调节滑动变阻器的阻值(或移动变阻器的滑动片)5.发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件．它的电路符合如图所示，正常使用时，带“＋”的一端接高电势，带“－”的一端接低电势，某同学用实验方法探究二极管的伏安特性，现测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.34.36.813.019.024.030.037.0(1)在虚线框内画出实验电路图．(除电源、开关、滑动变阻器外；实验用电压表V：内阻RV约为10kΩ，电流表mA：内阻RA约为100Ω)(2)在下图中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线．(3)根据(2)中画出的二极管的伏安特性曲线，简要说明发光二极管的电阻与其两端电压的关系：________________________________________解析(1)同时测定二极管上的电流和电压时，由欧姆定律分析表格中的每一组数据，可以看出发光二极管的电阻是变化的，变化的范围大约在100Ω～500Ω之间．故电流表的内阻对测量影响较大，利用电流表外接法误差小．而测量数据从0开始，滑动变阻器采用分压式接法，才能得到足够多的数据．(2)将表格提供的数据在方格纸上描点，平滑连接各点可画出U­I图线．(3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小．答案(1)实验电路图如图所示(2)伏安特性曲线如图所示(3)发光二极管的电阻随其两端电压的增大而呈现非线性减小6．(2011·郑州市高中毕业班第二次质量预测)某实验小组要描绘一个标有“3.8V,1W”的小灯泡的R­U曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：A．电压表V(量程5V，内阻约为5kΩ)B．直流电源E(电