搜索
实验微讲座3电学实验实验七测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1．测绘小灯泡的伏安特性曲线．2．分析伏安特性曲线的变化规律．二、实验原理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起来．三、实验器材小灯泡(3.8V，0.3A)或(2.5V，0.6A)一个、电压表(0～3V～15V)与电流表(0～0.6A～3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．四、滑动变阻器的限流接法和分压接法1．两种接法比较限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围RER＋R0≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大限流接法分压接法对比说明负载R上电流调节范围ER＋R0≤I≤ER0≤I≤ER分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围很大，限流式接法较节能．2．两种接法的选择3．两种接法的适用条件限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法．(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路．(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．五、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按所示的原理图连接好实验电路．2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S.3．移动滑动变阻器滑片位置，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中，断开开关S.U(V)I(A)00.20.40.60.81.01.2U(V)I(A)1.62.02.42.83.23.63.84.拆除电路，整理仪器．六、数据处理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．七、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(3.8V，0.3A)的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大．(2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是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，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是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．3．I－U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，以防出现较大误差．4．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．5．误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．八、误差分析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．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数．3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差．对实验原理与操作的考查【典题例析】(2020·温州月考)在某次“测绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，所选用的实验器材有：A．小灯泡“2.5V0.2A”B．电流表0～0.6～3A(内阻约1Ω)C．电压表0～3～15V(内阻很大)D．滑动变阻器“2A10Ω”E．电源(两节干电池)F．开关一个，导线若干(1)在实验时小杰同学采用了如图所示的实物电路图，则具体实验操作前，该电路需改进的地方有__________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)在方框中画出正确的电路图．(3)当开关闭合后，滑动变阻器的滑片从左向右滑动过程中，灯泡始终不亮，但电压表有示数，则可能出现的故障是________．A．小灯泡灯丝断了B．连接电源的导线断开C．电流表上某个接线柱与导线断开D．开关接触不良造成断路[解析](1)由于小灯泡电阻比电压表内阻小得多，和电流表内阻差不多，电流表要外接；小灯泡额定电流为0.2A，电流表应选0.6A量程；合上开关前，为了保护电表，测量电路电压最小，故滑动变阻器滑片应置于左侧．(3)电压表有示数说明电压表到电源是通的，A正确．[答案](1)电流表应外接；电流表应选0.6A量程；滑动变阻器滑片应置于左侧(2)如图所示(3)A在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用如图所示的电路可以方便地调节小灯泡两端的电压值，已知两个滑动变阻器的最大阻值分别为R1、R2，且R1＝10R2.(1)请根据实物图在虚线框中画出相应的电路图；(2)在实验中，为了使小灯泡的电压在开始时有最小值，在闭合开关前，两个滑动变阻器的滑片P1和P2应分别放在________(选填“a”或“b”)端和________(选填“c”或“d”)端；(3)采用这个电路能够达到精细调节小灯泡两端电压的目的，其中滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)用于精细调节．解析：(2)根据电路图可以看出，要使小灯泡的电压在开始时有最小值，在闭合开关前，两个滑动变阻器的滑片P1和P2应分别放在b端和c端．(3)因为R2阻值较小，即移动相同长度时电阻变化较小，所以可用于精细调节．答案：(1)如图所示(2)bc(3)R2对实验数据处理与误差分析的考查【典题例析】(2020·1月浙江选考)(1)小明同学用多用电表测量一未知电阻器的阻值．经过规范操作后，所选欧姆挡倍率及指针位置分别如图甲、乙所示，则此电阻器的阻值为________Ω.(2)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中：①如图丙所示，已经连接了一部分电路，请将电路连接完整．②合上开关后，测出9组I、U值，在I－U坐标系中描出各对应点，如图丁所示．请在图中画出此小灯泡的伏安特性曲线．③与图丁中P点对应的状态，小灯泡灯丝阻值最接近________．A．16.7ΩB．12.4ΩC．6.2Ω答案：(1)1700～1800(2)①如图1所示②如图2所示③C在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡额定电压为2.5V、额定电流为0.3A.(1)部分连线的实物图如图甲所示，请完成实物连接图；甲乙(2)某次实验中，电流表的示数为0.18A，电压表的指针如图乙所示，则读数为______V，此时小灯泡的功率是______W；(3)正确测量获得的伏安特性曲线应是如图所示图象中的________(填选项字母)．解析：(2)电压表读数为1.50V，小灯泡的功率P＝UI＝0.27W.(3)温度升高，小灯泡的电阻变大，所以C正确．答案：(1)如图所示(2)1.500.27(3)C创新实验【典题例析】(2019·4月浙江选考)小明想测额定电压为2.5V的小灯泡在不同电压下的电功率，设计了如图1所示的电路．(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，横线上请填写图中的数字，如“7点至8点”)；(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图2所示，则电流为________A，此时小灯泡的功率为______W；(3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00V时通过小灯泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是________．A．0.08AB．0.12AC．0.20A[解析](1)根据题意可知，1点至4点的导线没有连接好，使得滑动变阻器的分压接法变为限流接法．(2)根据读数规则，电流表的读数为0.30A，此时小灯泡的功率P＝UI＝0.75W.(3)电压较小时，灯丝温度不高，故阻值比电压较大时的阻值要小，根据I＝UR可知，C可能正确．[答案](1)1点至4点(2)0.300.75(3)C某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)解析：(1)要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表V应与固定电阻R0串联，将量程改为4V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接．(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E′0(电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I(V)，图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W．当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图(a)中画出电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－I(V)，图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.答案：(1)实验电路原理图如图所示(2)增大增大(3)0.391.17