描绘小灯泡的伏安特性曲线

高三实验复习：描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的及教学目标1、描绘小灯泡的伏安特性曲线；2、分析曲线的变化规律并得出结论；3、能根据题目给出的实验数据，正确描出实验曲线，并由此计算相关物理量；能正确选择适的仪表和器材，选择适的量程和进行正确的实物连路，4、能处理相关的拓展性的实验课题；能够根据伏安特性曲线求出功率或导体电阻大小。二、实验原理在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U—I图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出U—I曲线。三、实验器材小灯泡、4V～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。四、实验步骤1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端,电路经检查无误后，闭合电键S。3、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U,记入记录表格内,断开电键S；4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。5、拆去实验线路，整理好实验器材。五、注意事项1、因本实验要作出I—U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法；2、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。六、误差分析1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；2、描绘I—U线时作图不准确造成的偶然误差。七、实验电路图例1（03上海）、如图所示中的图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图．（1）为了通过测量得到图1所示I—U关系的完整曲线，在图2、图3两个电路中应选择的是图；简要说明理由：．（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0－100Ω）（2）在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω．由热敏电阻的I—U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为Ω．⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：______________________________________解：⑴2；理由：从I—U图象看，电流与电压均从零值开始，图2中的电压可以从0调到所需的电压，调节范围较大（或图3中不能测量0值附近的数据）.⑵5.2；111.8（111.6～112.0均可为正确）。分析与计算：R1支路电流为I1=U/R1=36mA,R2支路电流为34mA，在I—U曲线上，34mA对应的电压大约为5.2V；热敏电阻Rt=5.2/0.034=152.9,Rt+R2=9/0.034=264.7，所以R2≈111.8.⑶热敏温度计（提出其它实例，只要合理就给分）例2、为了测定和描绘“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电。调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈Ｌ，绕在闭合的环形铁心上，输入端接在２２０Ｖ交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头Ｐ，移动它的位置，就可以使输出电压在０~250Ｖ之间连续变化，左图画出的是调压变压器的电路图符号。实验室内备有交流电压表．交流电流表．滑动变阻器．开关．导线等实验器材。（1）在左图中完成实验电路图。（2）说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压较高段与电压较低段相比较，哪段的误差更大？为什么？（3）如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如右图所示，试根据图线确定，把两个完全相同的“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯串联在220Ｖ交流电源的火线与零线间，这两只电灯消耗的总电功率是多大？解：⑴如图所示。开关应安在火线一边，否则应适当扣分。火线与公共端相连的可不扣分。电流表外接与内接都可以。（本题电源输出电压可调，因此用不着滑动变阻器）⑵如果采用电流表外接的，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流而造成的误差越大；如果采用电流表内接的，电压较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大。（3）两个相同电灯串联在电路中，每个灯两端的电压都是110V，在图像上找到电压为110V时的电流值是0.22A，每一个灯消耗的功率约为24W，两灯消耗的总功率为48W。因此答案为48W±1W。例3（04上海）、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）：I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00（1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0—10Ω电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中画出小煤泡的U—I曲线.（3）如果某一电池的电动势是1.5V,内阻是2.0Ω.问:将本题中的灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少?（简要写出求解过程;若需作图,可直接画在第（2）小题的方格图中）解：（1）见下图;（2）见下图（3）作出U=E—Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28瓦例3的U–I图线及U=E–Ir图线例4、使用如图1所示的器材测定小灯泡在不同电压下的电功率，并且作出小灯泡的电功率与它两端电压的平方的关系曲线．已知小灯泡上标有“6V，3W”字样，电源是3个铅蓄电池串联组成的电池组,滑动变阻器的规格是“52A”.要求：⑴把图1中实物连成实验电路；⑵图2的4个图象中哪个可能是正确的？简单说明理由．解：变阻器通常用来控制电路中的电流或电压，可以有限流与分压两种接法，根据题意，灯泡电阻约为R=62/3=12，若采用限流，即使变阻器阻值用到最大，灯泡电压最小值可达4V左右，其电压调节，范围约在4V－6V间，显然不宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线．而采用分压接法则灯泡两端电压变化范围为0V－6V间，便于选取数据作相应图线，至于电压表与电流表采用内接、外接，题目未给表的内阻，但实验学生用表在电阻为10左右时，内、外接表误差差别不大，本题不作要求，连线时应注意量程选择与表“＋”、“一”接线柱接法，接线如图3．图2中所绘图线，由横、纵坐标可知为P—U2图线，小灯泡在点亮时灯丝温度可高达上千摄氏度．随电压升高，灯丝温度升高，相应电阻率增大，电阻增大，与相应电阻不变时的功率相比要减少，或者说由P=U2/R可知，该图线斜率为1/R，随P增大，R增大，斜率减小，因此D图可能正确，而B图对应斜率不变、即R不变的情况，与本题实际不符。例4的实物连线图例5、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管的特性，用如图所示的电路测定该元件的伏安特性曲线。实验发现当电源反接时，电路中无电流，当正向电压较小时也无电流，记录的部分数据如下表。U/V1.41.51.71.92.02.12.22.32.42.5I/mA002.04.012.022.032.042.052.060.0(1)请根据以上实验数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二极管的U—I图线；(2)若加在该二极管两端的正向电压达到1.9V后才能正常工作，则从图线可以看出这种二极管正常工作前后的导电情况有何区别？(3)若电源的电动势为6V，内阻不计。当电流表示数为12.0mA时,滑动变阻器接入电路的电阻为________Ω。解：（1）U—I图象如图所示；（2）正常工作前导电性能差（或电阻大），正常工作后导电性能好（或电阻小）；⑶103/3。例6、如图1的电路中R1=R2=100Ω，是阻值不随温度而变的定值电阻．白炽灯泡L的伏安特性曲线如图2所示．电源电动势E=100V,内阻不计,求:⑴当电键K断开时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率．⑵当电键闭合时，灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率．解：（1）0.60A24W[K断开时，灯泡跟R1串联，电流相等，而且灯泡与R1的电压之和等于100V。结合灯泡的伏安特性曲线，灯泡电压为40V时，其电流大约是0..6A，R1分压60V，且为定值电阻，所以电流也为0.6A。]（2）0.46A12.4W[K闭合后，灯泡与R2并联，分压一定小于40V；当UL=30V时,IL=0.50A,通过R1的电流为0.80A，R1分压80V，则总电压等于110V;当UL=25V时,IL大约0.45A,则总电流为0.70A,总电压为95V＜100V;所以,取UL=27V,则IL大约0.46A,则总电流I=0.46+0.27=0.73A,R1分压73V,总电压恰好100V。灯泡消耗电功率PL=ULIL=0.46×27W=12.4W八、课后练习1、某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和I的数据：求：⑴在图上画出I—U图线。⑵从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是；这表明导体的电阻随温度升高而。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205发光情况不亮微亮逐渐变亮正常发光⑴在图上画出I—U图线。⑵从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是；这表明导体的电阻随温度升高而。解：⑴I—U图线如图2所示。⑵先不变，后逐渐增大；增大。2、．两盏额定电压均为220Ｖ的白炽灯A、B的伏安特性曲线如图所示，试求：（１）两盏灯正常发光时的电阻；（２）将它们并联后接在110V的电源上时通过两灯的电流；（３）将它们串联后接在220V的电源上时两灯的实际功率分别是多少？解：⑴U=220V时，IA=0.27A，∴RA=815;IB=0.18A，∴RB=1222。⑵图象横坐标为110V，对应的纵坐值IA=0.215A；IB=0.125A⑶串联后电压之和为220V，利用电流强度相等，寻找在相同纵坐标情况下，两电压之和为220V时两曲线的横坐标值。当I=0.15A时，UA=70V，UB=145V；取I=0.152A时，UA=72V,UB=148V。∴PA=11W；PB=22.5W。3．一个小灯泡的额定电压为6.3V，额定电流约为0.3A，用以下所给的实验器材描绘出小灯泡的伏安特性曲线，实验电路图所示。电源E1：电动势为8.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为0—10V，内阻约为10kΩ电流表A1：量程为0—3A，内阻约为0.1Ω;电流表A2：量程为0—300mA，内阻约为1Ω；滑动变阻器R：最大阻值10Ω，额定电流1.0A；开关S，导线若干。⑴依照实验电路图将图中的实物图连接成实验电路。⑵实验中电源应该选用；电流表应该选用。⑶实验测出的数据如下表所示，依照这些数据在图所示的坐标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。U/V00.50.81.01.21.52.0I/A00.050.080.100.120.140.16U/V2.53.04.05.06.06.3I/A0.180.200.230.250.270.27解：⑴实验原理和实和连线如图所示。⑵E1、A2⑶I—U曲线如图所示。4、一般情况下,金属导体的电阻会随着温度改变而改变.某同学为研究一小灯泡灯丝电阻与温度的关系,设计并完成了有关的实验。实验中用到了下列器材：待测小灯泡、15v直流稳压电源、滑动变阻器（最大阻值为30Ω、最大允许电流为1.0A）