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1．实验目的：描绘小灯泡的伏安特性曲线．2．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I－U坐标系，描点连成直线或平滑曲线即小灯泡的伏安特性曲线．3．实验器材：“3.8V,0.3A”的小灯泡、4～6V学生电源(或3～4个电池组)、0～100Ω的滑动变阻器、0～15V的电压表、0～0.6A的电流表、开关一个、导线若干．4．实验步骤：(1)选取合适的仪器按图7－5－1所示的电路连接好．(2)将滑动变阻器滑片调节到A端后，闭合开关．(3)调节滑动变阻器，在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录．(4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原样．(5)以I为纵轴，U为横轴，画出I－U曲线并进行分析．一、电路的设计及数据处理问题：小灯泡的伏安特性曲线为何是一条曲线？解答：由于电流增大，小灯泡的功率必然增大，温度升高，灯丝材料的电阻率增大，灯丝电阻自然也增大，所以灯丝电阻不是一个定值，伏安特性曲线也不是直线，而是一条曲线．例1：(2010·浙江卷)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流—电压的数据如下表所示：电流I/mA2.75.412.419.527.836.4电压U/V0.040.080.210.541.302.20电流I/mA47.156.169.681.793.2电压U/V3.524.776.909.1211.46(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图7－5－2所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因．解析：(1)如图所示(2)总体上电阻随电流增大而增大；存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同；第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢．点评：在本题中，第(1)问主要考查学生的作图能力，要求学生能用平滑曲线描绘曲线变化，能体会随着电压的增大，电流、电阻随之变化．第(2)问，能根据图形的变化，分析图形的特点以及形成的原因．警示：小灯泡的U－I图线是一条平滑曲线，所以图线不要画成折线，以防出现很大误差．二、仪器和电路的选择问题：在测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，我们应该注意什么？解答：(1)本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．(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0开始连续变化．(3)闭合电键S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为0的一端，可以使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．(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，又要完整的描绘出它的伏安特性曲线，则选用电压表的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)在坐标纸上建立一个直角坐标系，两坐标轴选取的标度要合理，连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧．所测数据中误差较大的点，在连线中应不予考虑．例2：有一标有“6V,1.5W”的小灯泡，现用图7－5－3(a)所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，还有：A．直流电源6V(内阻不计)；B．直流电流表0～3A(内阻0.1Ω以下)；C．直流电流表0～300mA(内阻约为5Ω)；D．直流电压表0～15V(内阻约为15kΩ)；E．滑动变阻器10Ω，2A；F．滑动变阻器1kΩ，0.5A.(1)实验中电流表应选用______(用序号表示)，滑动变阻器应选用______．(2)试按图(a)电路将图(b)所示器材连成电路．解析：(1)选电流表实际上是选量程．先估算一下通过电流表的电流，由小灯泡的规格可知通过的电流最大不能超过0.25A，因此选C.在该题中滑动变阻器接成分压器，此时要求滑动变阻器的电阻比用电器的电阻小，至少应差不多；小灯泡的电阻在正常工作时约为24Ω，所以滑动变阻器不能选F，应选E，但不应忘记还要核对一下电流是否会超过其允许值，E的最大允许电流是2A，实验中的最大电流只有0.25A，选E也是安全的．(2)连接实物图实际上是考查仪器的使用方法．这里要注意电表正负接线柱的接法、滑动变阻器做分压器时连接特点．具体连线时，可以先连主回路，把电源、开关、滑动变阻器连成一个回路；然后再连上支路，从滑动变阻器的滑动头和一个固定端接出，连上电流表、小灯泡，最后将电压表并联在小灯泡上．连接情况如图所示．答案：(1)C;E(2)见上图点评：此类题目应根据题目所给条件，合理选择器材和电路，尤其注意电流表的内外接法和滑动变阻器的限流和分压接法所适用的条件．警示：为了仪器的安全，在当电压接近额定值时，一定要缓慢移动触头的位置，当电压指在额定电压处时，测完I值后，马上断开开关．三、非线性元件的处理问题：描绘出小灯泡的伏安特性曲线后，曲线上各点的切线的斜率是否表示小灯泡在该电压下的电阻值？RRUIUIUUIIUIUUII电阻的定义式为＝，而不是＝，只有和为线性关系时才等于，在和为非线性关系时，所以各点对应的斜率并不等于该电压下的电阻值，该电压下的电阻值应等于该点对应的电压和电流解答：的比值．例3：(2010·安徽卷)太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性．所用的器材包括：太阳能电池、电源E、电流表A、电压表V、滑动变阻器R、开关S及导线若干．(1)为了达到上述目的，请将图7－5－4甲连成一个完整的实验电路图．(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图7－5－4乙的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.解析：(1)根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，电路连接如下图：321.00V2.80.0102V.UURIIRUIRIRU在电压小于时，由图可读出电流很小，由＝得＝，太阳能电池的电阻很大；当电压为时，根据题图读出、的大小，＝由＝得：答案：(1)如图(见解析)(2)很大；1.0×103(965～1040)． 0UUII在该题中太阳能电池在没有光照时就是一个电阻，完全可以利用伏安特性曲线来描绘其电阻的性质；从图乙中可以点评：警示看出，电压的变化是从开始的，滑动变阻器选择分压接法．和是两个不同的概念，应该加以区分：和鉴别．1.(单选)在如图7－5－5甲所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，灯L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．当开关闭合后()A．灯L1电流为灯L2电流的2倍B．灯Ll的电阻为7.5ΩC．灯L1消耗的电功率为0.75WD．灯L2消耗的电功率为0.375W答案：C2.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7－5－6所示方式连接电路，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)若电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_________；(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为_________；(3)若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为____________.d导线h导线g导线解析：当电压表有读数，而小灯泡又不亮时说明了导线d断；当电压表示数为零，电流表有示数，小灯泡亮说明回路中有电流，断线位置必定在电压表接线的两端，如果是d断，灯泡将不亮，则只能是h断；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度变化，而电压表、电流表示数不能调为零，说明此时有电流流过电压表，如果是a、f断，电压表、电流表读数均为零(无论怎样调节)，故只能是导线g断路．3.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：0.210.290.340.380.420.450.470.490.500.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)在图7－5－7的虚线框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围0～10Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干．(2)在坐标系中画出小灯泡的U－I曲线．(3)如果测得电池的电动势1.5V，内阻2.0Ω.问：将本题中的小灯泡接在现在电路上的实际功率是多少？[简要写出求解过程，图可直接画在第(2)小题的方格图中]解析：(1)小灯泡的电阻约是几欧，因此采用电流表外接法；电压应从零开始增大，且变化范围大，应采用分压电路，故实验电路如图(a)所示．(2)小灯泡的U－I特性曲线如图(b)中曲线．(3)将灯泡接在电源上时，灯泡两端电压等于路端电压，而灯泡中电流等于总电流．根据U＝E－Ir，若作出路端电压U与总电流I的图线，应是一直线，它与小灯泡的U－I图线只有一个交点，即得小灯泡工作电流为0.35A，工作电压为0.80V，从而求出小灯泡实际功率为0.28W.