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第四讲实验九：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．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．3．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法接法限流式接法分压式接法电路图特点①用电器和滑动变阻器的一部分串联，另一部分不起作用；②调节电压的范围不能从零开始变化；③闭合开关前一定要使滑片P置于B端①用电器和滑动变阻器的一部分并联后和另一部分串联；②电压可以从零调节到最大值；③合上开关前滑片应在A端，以使负载Rx的电压和电流最小适用条件滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能小，优先使用限流式①滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值；②电压要求从零变化；③实验仪器最大允许电流、电压不够，即连成限流式接法时，电压或电流超过电表量程4.仪器选择的三个原则(1)安全性原则：通过电源、电阻、电流表、电压表等的电流不能超过其允许的额定电流．(2)精确性原则：根据实验的需要，选取精度合适的仪器，以尽可能的减小实验误差．电压表、电流表指针的偏角要大于满偏的三分之一．(3)操作方便：实验时要调节方便，易于操作，比如对滑动变阻器，如果是用分压法连入电路的，则应选用小阻值的滑动变阻器，只有这样，在移动滑片时，相应的用电器上的电压变化才会明显；如果选用大阻值的滑动变阻器，就会出现在移动滑片时，刚开始时用电器上的电压几乎不变，过了某位置后又突然增大的现象，不易操作．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．一、实验步骤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右图所示电路．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/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.63.8I/A二、整理仪器、数据处理3．拆除电路、整理仪器4．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．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．仪器的选择及电路设计在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：小灯泡L，“3.8V,0.3A”电压表V，量程0～5V，内阻5kΩ电流表A1，量程0～100mA，内阻4Ω电流表A2，量程0～500mA，内阻0.4Ω滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流1.0A滑动变阻器R2，最大阻值5Ω，额定电流0.5A直流电源E，电动势约为6V，内阻约为0.5Ω导线、电键等(1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．(填元件的物理符号)(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号．(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如右图所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功率)()A．①②B．①④C．②③D．②④解析：(1)本题变压器采用分压接法，通常应当选用最大阻值小的滑动变阻器，但本题中如果选用R2，则电路中的电流会超过R2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R1.电流表A1的量程太小，故电流表应当选择A2.(2)电路如右图所示，由于电压要从0开始测量，滑动变阻器用分压接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法．(3)随着通过小灯泡电压电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P＝U2R知②图正确，由P＝I2R知④图正确．所以选项D正确．对电学实验器材的选择一般分两步考虑，首先要根据实验的要求设计好测量电路，选择必要的相应的器材时要着重考虑准确性；然后设计供电电路，此时选择相应的器材时要着重考虑安全性．数据处理及实验结论的分析与应用一个小灯泡的额定电压为2.0V，额定电流约为0.5A，选用下列实验器材描绘小灯泡的伏安特性曲线．电源E1：电动势为3.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为0～3V，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0～0.6A，内阻约为0.6Ω；滑动变阻器R：最大阻值为10Ω，额定电流为1.0A；开关S，导线若干．用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡的电流和电压)：I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)实验中电源应选用________；电流表应选用________．(2)在下面虚线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(阻值变化范围0～10Ω)、电源、小灯泡、开关、导线若干．(3)在下面坐标中画出小灯泡的U－I曲线．(4)若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5V、内阻是1.0Ω的电池两端，问小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程，若需作图，可直接画在坐标系中)解析：(1)因小灯泡的额定电压为2.0V，所以电源选E1，又因小灯泡的额定电流约为0.5A，故电流表选A2(2)因为小灯泡的电压从0.2V开始，所以滑动变阻器要用分压接法；R火＝UI＝4Ω，电流表要外接，测量电路如下图所示(3)小灯泡的U－I曲线如下图所示(4)设小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律得：U＝1.5－I，作出电源U－I图象与小灯泡的U－I曲线的交点坐标为小灯泡工作时的电压和电流，两者之积为小灯泡的实际功率．答案：(1)E1A2(2)电路如图(3)(4)0.44W拓展创新实验(2010·重庆卷)在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等，要求灯泡两端电压从0V开始变化．(1)实验中滑动变阻器应采用________接法(填“分压”或“限流”)．(2)某同学已连接如图甲所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正。A．_____________；B.______________甲(3)电路连接正确后，分别测得两只灯泡L1和L2的伏安特性曲线如图乙中Ⅰ和Ⅱ所示，然后将灯泡L1、L2与电池组(电动势和内阻均恒定)连成图丙所示电路，多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.30A和0.60A.乙丙A．在图乙中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线．B．由该曲线可知电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(取2位有效数字)解析：(1)因为灯泡两端的电压要从0V开始调节，故滑动变阻器要采用分压电路．(2)在电路接好并检查是否正确连线之前，电键应处于断开状态，以免因接线错误而导致仪表损坏；接为分压电路时，滑动变阻器的有效电阻应从最小值开始调节，故滑片P应先处于b端．(3)因为电池组的电动势与内电阻恒定，故对应的U－I图线应为直线．在两灯泡的伏安特性曲线Ⅰ与Ⅱ上分别选取电流对应为0.30A与0.60A的两点，连接该两点即可得电池组的伏安特性曲线．延长该曲线交两坐标轴于两点，由于与纵轴的交点表示电池组的电动势，故该电池组的电动势为4.6V，该直线的斜率表示内阻，所以该电池组的内阻为r＝4.61.72Ω＝2.7Ω.答案：(1)分压(2)A.电键S不应闭合，应处于断开状态B．滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端(3)A.路端电压U与电流I的关系曲线如见下图．B．4.62.7练规范、练技能、练速度