实验2--描绘小灯泡的伏安特性曲线

1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．2．分析曲线的变化规律．实验二描绘小灯泡的伏安特性曲线1．用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，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结起来．2．电流表外接：因为小灯泡电阻很小，如果内接电流表，分压明显．滑动变阻器采用分压式：使电压能从0开始连续变化．学生电源(4～6V直流)、小灯泡(4V、0.7A或3.8V、0.3A)，电流表(内阻较小)、电压表(内阻很大)，开关和导线、滑动变阻器、坐标纸．1.将灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图7－5－1所示电路．一、连接电路二、测量与记录2．测出小灯泡在不同电压下的电流移动滑动变阻器触头位置，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．U(V)00.20.40.60.81.01.2I(A)U(V)1.62.02.42.83.23.63.8I(A)三、数据处理、整理仪器3．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结起来．就得到小灯泡的伏安特性曲线．4．拆除电路、整理仪器．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．U－I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，以防出现很大误差．4．建立坐标系时，纵轴表示电压，横轴表示电流，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸．1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差．2．测量时读数带来误差，严格按照读数规则．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．用细铅笔，严格标度．【例1】有一个小灯泡标有“6V、0.6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I－U图线，有下列器材可供选用：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～10V，内阻20kΩ)C．电流表(0～0.3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(30Ω，2A)F．学生电源(直流9V)，还有开关和导线(1)实验中电压表应选________，电流表应选________．(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽可能减小，画出实验电路图．解析：(1)电流表、电压表的选择由小灯泡的标识可知其额定电压为U1＝6V，额定电流为I1＝0.1A，在额定电压下的电阻为R＝60Ω.为了安全，小灯泡两端所加电压不能超过6V，(通过小灯泡的电流不能超过0.1A)，要测I－U图线，其电压变化范围应在0～6V间．因此电压表应选择B，电流表应选择C.(2)电流表内外接法的选择由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将引起系统误差．本实验中小灯泡的最大电阻约R1＝60Ω，R1≪RV，为了减小误差，应当用电流表外接法．(3)控制电路的选择本题中若采用限流电路，其电路中的最小电流是Imin＝0.1A，显然不符合实验要求；且实验数据应包括电压在零附近的数值，故只能用分压接法．实验电路图如右图所示．答案：(1)BC(2)电流表外接，分压式，见解析图【例2】影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．(1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验()(2)①由(1)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据请在图7－5－3中作出元件Z的I－U图线．U/V00.400.600.801.001.201.501.60I/A00.200.450.801.251.802.803.20②根据Z的I－U图线可知判断元件Z是金属材料还是半导体材料？③把元件Z和电阻R接入如图7－5－2所示的电路中，由实验测得电阻R的I－U图线如图7－5－3所示．已知电源的电动势E＝1.5V，内阻不计．电路闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为________W.解析：(1)由测量的数据题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法．因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图．(2)①描点画出元件Z的I－U图线如图所示．②由I－U图线可知，Z是半导体．③当电流强度为0.80A时，元件Z两端的电压为0.80V，定值电阻R上的电压为0.70V，此时元件Z上消耗的电功率为0.60～0.68W.答案：(1)A(2)①元件Z的I－U图线如图所示②半导体③0.60～0.68【例3】某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．图7－5－4为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材(代号)规格电流表(A1)量程0～50mA，内阻约为50Ω电流表(A2)量程0～200mA，内阻约为10Ω电压表(V1)量程0～3V，内阻约为10kΩ电压表(V2)量程0～15V，内阻约为25kΩ滑动变阻器(R1)阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A滑动变阻器(R2)阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA直流电源(E)输出电压6V，内阻不计开关(S)导线若干(1)为提高实验结果的准确程度，电流表应选用________；电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．(以上均填器材代号)(2)为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号．(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：__________________________________________；不同点：__________________________________________.解析：图中的①从所给的伏安特性曲线看出，最大电流为0.14A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1＝A＝0.4A＜1A，而R2的阻值太大，所以选择R1.②待测元件的电阻满足RA＜Rx≪RV，所以选择电流表外接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所以选择滑动变阻器分压式连接．答案：(1)A2V1R1(2)电路图如右图所示(3)伏安特性曲线都是非线性的．小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻减小③伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减小的，所以是非线性的．而小电珠的灯丝是金属，其伏安特性曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻率是随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．