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1、 一、实验目的一、实验目的 描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。二、实验原理二、实验原理 利用电流表测出通过小灯泡的电流，利用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组利用电流表测出通过小灯泡的电流，利用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U,I)值，在值，在U-I坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，就得坐标系中描出各组对应点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线了。到小灯泡的伏安特性曲线了。三、实验器材三、实验器材 小灯泡小灯泡(3.8 V,0.3 A)或或(9 V,0.7 A)一个，电压表一个，电压表(03
2、V15 V)与电流表与电流表(00.6 A3 A)各一个，滑动变阻器各一个，滑动变阻器(最大阻值最大阻值20)一个，学生低压直流电源一个，学生低压直流电源(或电池组或电池组)，开关一个，开关一个，导线若干，坐标纸、铅笔。导线若干，坐标纸、铅笔。图图7-4-1 四、实验步骤四、实验步骤 1.根据小灯泡上标出的额定电压和额定电流，选定电源的输出根据小灯泡上标出的额定电压和额定电流，选定电源的输出电压和电表的量程；电压和电表的量程；2.将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图线连接成如图7-4-1所示的电路；所示的电路；3.
3、将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多将滑片移动到右端，闭合开关，调节变阻器，读出并记录多组组U、I数值，将测量数据填入表格中；数值，将测量数据填入表格中；4.断开开关，拆除电路。断开开关，拆除电路。五、数据处理五、数据处理 实验中的实验中的U、I数据记入下表中数据记入下表中 (1)在坐标纸上以在坐标纸上以U为横轴、为横轴、I为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；为纵轴建立坐标系，选取合适的标度；(2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，得在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑的曲线把这些点连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。出小灯泡的伏
4、安特性曲线。六、误差分析六、误差分析 1.电表的精度和读数带来的误差；电表的精度和读数带来的误差；2.描点、作图所带来的误差；描点、作图所带来的误差；3.对图象进行分析计算所带来的误差。对图象进行分析计算所带来的误差。七、注意事项七、注意事项 1.实验前注意检查电表是否指零，如果不指零，要调节定位螺丝使指针指零。经过计算可实验前注意检查电表是否指零，如果不指零，要调节定位螺丝使指针指零。经过计算可知，小灯泡电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小灯泡两端的电压能从零知，小灯泡电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法
5、；开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法；2.实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换。当实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换。当U3 V时采用时采用03 V量程；量程；U3 V时采用时采用015 V量程；量程；3.闭合开关闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到一端，使开关闭合时小灯泡两端的电压能从零开前，滑动变阻器滑片应移到一端，使开关闭合时小灯泡两端的电压能从零开始逐渐增大，在滑片移动的过程中，加在小灯泡两端的电压不要超过小灯泡的额定电压。始逐渐增大，在滑片移动的过程中，加在小灯泡两端的电压不要超过小灯泡的额定电压。4.画画U-I图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别
6、偏离较远的点应该舍弃。图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别偏离较远的点应该舍弃。U/V00.20.40.60.91.21.62.02.42.83.23.53.8I/A0【例例1】20092009年高考福建理综卷年高考福建理综卷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。图件。图7-4-2为该为该 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：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：(1)为提高实验结果的准确程度，电
7、流表应选用为提高实验结果的准确程度，电流表应选用_；电压表应选用；电压表应选用_；滑动变阻器应选用；滑动变阻器应选用_。(以以 上均填器材代号上均填器材代号)(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。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有 何异同点？何异同点？相同点：相同点：_，不同点：不同点：_。热点一热点一 实验仪器、电路的选
8、择实验仪器、电路的选择图图7-4-2器材器材(代号代号)规格规格电流表电流表(A1)电流表电流表(A2)电压表电压表(V1)电压表电压表(V2)滑动变阻器滑动变阻器(R1)滑动变阻器滑动变阻器(R2)直流电源直流电源(E)开关开关(S)导线若干导线若干量程量程050 mA，内阻约为，内阻约为50 量程量程0200 mA，内阻约为，内阻约为10 量程量程03 V，内阻约为，内阻约为10 k量程量程015 V，内阻约为，内阻约为25 k阻值范围阻值范围015，允许最大电流，允许最大电流1 A阻值范围阻值范围01 k，允许最大电流，允许最大电流100 mA输出电压输出电压6 V，内阻不计，内阻不计A
9、2V1R1该元件的电阻值随电压的升高而减小，而小电珠的电阻值随电压的升高而增大。该元件的电阻值随电压的升高而减小，而小电珠的电阻值随电压的升高而增大。通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系。通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系。【解析解析】(1)由图由图7-4-2可知，该电器元件的允许电压小于可知，该电器元件的允许电压小于3 V,对应的电流小于对应的电流小于0.14 A，其阻值范围小于，其阻值范围小于50，故电流表，故电流表应选应选A2，电压表应选，电压表应选V1，滑动变阻器应选，滑动变阻器应选R1。(2)由
10、由RV=10 k,RA=10 知，应用外接法；知，应用外接法；测量测量U、I的范围较大，且从零开始测量，应用的范围较大，且从零开始测量，应用滑动变阻器的分压接法，如图滑动变阻器的分压接法，如图7-4-3所示。所示。(3)相同点：通过该元件的电流与电压的变相同点：通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系。都是非线性关系。不同点：该元件的电阻值随电压的升高而减小，而小电不同点：该元件的电阻值随电压的升高而减小，而小电珠的电阻值随电压的升高而增大。珠的电阻值随电压的升高而增大。图图7-4-3现要测定一个额定电压现要测定一
11、个额定电压4 V、额定功率、额定功率1.6 W的小灯泡的小灯泡(图图7-4-4中用中用 表示表示)的伏安特性曲线。要求所测电压范围为的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1 V4 V。现有器材：直流电源现有器材：直流电源E(电动势电动势4.5 V，内阻不计，内阻不计)，电压表，电压表 (量量程程4.5 V，内阻约为，内阻约为4104)，电流表，电流表 (量程量程250 mA，内阻约，内阻约为为2)，电流表，电流表 (量程量程500 mA，内阻约为，内阻约为1)，滑动变阻器，滑动变阻器R(最大阻值约为最大阻值约为30)，开关，开关S，导线若干。，导线若干。如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，
12、应该选用的电流如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是表是_，下面两个电路应该选用的是，下面两个电路应该选用的是_。1甲甲图图7-4-4A2【例例2】要描绘某电学元件要描绘某电学元件(最大电流不超过最大电流不超过6 mA，最大电压不超过，最大电压不超过7 V)的伏安特性曲线，设计的伏安特性曲线，设计 电路如图电路如图7-4-5所示。图中定值电阻所示。图中定值电阻R为为1 k，用于限流；电流表，用于限流；电流表 量程为量程为10 mA，内阻约，内阻约 为为5；电压表；电压表(未画出未画出)量程为量程为10 V，内阻约为，内阻约为10 k；电源电动势；电源电动势E为为12V，内阻
13、不计。，内阻不计。(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：实验时有两个滑动变阻器可供选择：a.阻值阻值0200，额定电流，额定电流0.3 A b.阻值阻值020，额定电流，额定电流0.5 A 本实验应选用的滑动变阻器是本实验应选用的滑动变阻器是_(填填“a”或或“b”)。(2)正确接线后，测得数据如下表：正确接线后，测得数据如下表：a.根据以上数据，电压表是并联在根据以上数据，电压表是并联在M与与_(填填“O”或或“P”)之间的。之间的。b.根据以上数据，在图根据以上数据，在图7-4-6中画出该元件的伏安特性曲线。中画出该元件的伏安特性曲线。(3)画出待测元件两端电压画出待测元件两端电压UMO随
14、随MN间电压间电压UMN变化的示意图变化的示意图(无需数值无需数值)。热点二热点二 实验数据的处理实验数据的处理图图7-4-6图图7-4-7图图7-4-512345U(V)0.003.006.006.166.28I(mA)0.000.000.000.060.50U(V)678910I(mA)1.002.003.004.005.50 【解析解析】(1)由于电源内阻不计，所以若使用变阻器由于电源内阻不计，所以若使用变阻器b时，流过其电阻丝的电流时，流过其电阻丝的电流(触头右侧部分触头右侧部分)I12/20 A=0.6 A0.5 A，会烧毁变阻器，故只能用变阻器，会烧毁变阻器，故只能用变阻器a。(2
15、)a)由图表格数据知，被测元件的电阻由图表格数据知，被测元件的电阻R=U/I在不同电压下都在在不同电压下都在1 k以上，以上，与电压表与电压表 内阻很接近，故为减小实验误差，电流表应采用内接法，即电压表应接内阻很接近，故为减小实验误差，电流表应采用内接法，即电压表应接在在M与与P两点之间。两点之间。b)以纵轴表示电流，以横轴表示电压建立坐标系，在纵轴上以以纵轴表示电流，以横轴表示电压建立坐标系，在纵轴上以5小格小格(1大格大格)表示表示1 mA，在横轴上以，在横轴上以5小格小格(1大格大格)表示表示1 V，将表格中各组数据对，将表格中各组数据对应的点描绘在坐标系中，然后用平滑的曲线将描出的各点
16、连接起来，即得伏安特性应的点描绘在坐标系中，然后用平滑的曲线将描出的各点连接起来，即得伏安特性曲线。曲线。(3)UMO随随MN间电压间电压UMN的变化如图的变化如图7-4-9所示。所示。图图7-4-8图图7-4-9【答案答案】(1)a (2)a.P b.见解析中图见解析中图7-4-8 (3)见解析中图见解析中图7-4-9 2某同学用图某同学用图7-4-10所示电路，测标有所示电路，测标有“3.8 V，0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻的小灯泡的灯丝电阻R随电压随电压U变化的图象。变化的图象。(1)除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：电流表：A
17、1(量程量程100 mA,内阻约内阻约2)A2(量程量程0.6 A，内阻约，内阻约0.3)电压表：电压表：V1(量程量程5 V，内阻约，内阻约5 k)V2(量程量程15 V，内阻约，内阻约15 k）滑动变阻器：滑动变阻器：R1(阻值范围阻值范围010)R2(阻值范围阻值范围02 k)电源：电源：E1(电动势为电动势为1.5 V，内阻约为，内阻约为0.2)E2(电动势为电动势为4 V，内阻约为，内阻约为0.04)为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表，电压表_，滑动变阻器，滑动变阻器_，电源，电源_。(填器材的符号填器材的符号)(2)根据实验数据，计算并描绘出根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图的图象如图7-4-11所示，由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为所示，由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为 _；当所加电压为；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为，灯泡实际消耗的电功率为_W。(3)根据根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压与外加电压U的关系。符合该关系的示意图是下列图中的的关系。符合该关系的示意图是下列图中的_。图图7-4-10图图7-4-11A0.7811.51.5A2 V1R1E2