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1、实验八 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验准备实验目的通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律.实验原理增大温度直线线性金属导体的电阻率随温度升高而_，从而使得金属导体的电阻随_变化而发生相应的变化.一个灯泡，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可能相差几倍到几十倍.它的伏安特性曲线并不是一条_，即灯丝的电阻是非_的.本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内其阻值的变化，从而了解它的导电特性.实验器材小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关、导线、坐标纸.实验过程实验步骤(1)按电路图连接好电路.实验电路图如图 S8-1 所示；实物接线图如图 S8-2
2、所示.图 S8-1图 S8-2(2)检查无误后，将滑片调节至最左边附近，闭合电键，读出一组 U、I 值，记录在表格中.(3)再向右依次调节滑动变阻器的滑片到不同位置，读出十组不同的 U、I 值，记录在表格中.(4)断开电键，整理好器材.次序/n12345678910电压/U电流/I数据分析(1)在坐标纸上以 U 为横轴，以 I 为纵轴，并选取适当的单位.(2)用描点法在坐标纸上标出各组 I、U 值的对应点位置.(3)用平滑曲线将各点依次连接起来.(4)分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律.实验分析误差分析(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差.(2)在坐标纸上描点、作
3、图会带来误差.注意事项(1)为减小实验误差，测量电路应采用电流表外接法.(2)为使小灯泡上的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接.【基础检测】某同学用如图 S8-3 甲所示的电路测绘额定电压为 3.0 V 的小灯泡 I-U 图线，并研究小灯泡的实际功率与所加电压的关系.甲乙图 S8-3(1)根据电路图，用笔画线代替导线，将图乙中的实物图连成完整的实验电路.(2)开关 S 闭合之前，图甲中滑动变阻器 R 的滑片应置于_(填“a 端”“b 端”或“ab 的正中间”).(3)根据实验数据，画出的小灯泡的 I-U 图线如图 S8-4 所示，由此可确定小灯泡在电压为 2.5 V 时的实际功
4、率为_(计算结果保留 3 位有效数字).图 S8-4(4)已知小灯泡灯丝在 27 时的电阻是 1.5，并且其阻值与灯丝温度的关系为 Rk(273t)，k 为比例常数，根据 I-U图线，估算该灯泡以额定功率工作时灯丝温度约为_.解析：(1)根据电路图，可得实物图的连线如图所示.图 D24(2)开关 S 闭合之前，应使小灯泡两端的电压最小，故滑动变阻器 R 的滑片应置于 a 端.(3)由小灯泡的 I-U 图线可知，当电压为 2.5 V 时，通过小灯泡的电流约为 0.39 A，故小灯泡的实际功率 P UI 2.50.39 W0.975 W.(4)由小灯泡的 I-U 图线可知，当小灯泡正常工作时，电压
5、7.14，则有 1.5k(27327)，7.14k(273t)，解得 t1155.答案：(1)如图D24所示.(2)a端(3)0.975 W(4)1155控制方式限流式分压式电路组成负载 RL 上电压调节范围0ULE考点 1 滑动变阻器的分压式与限流式的接法重点归纳1.两种控制电路的比较控制方式限流式分压式负载 RL 上电流调节范围闭合开关前触头应处位置b 端a 端比较(1)分压电路调节范围较大(2)限流电路能耗较小(续表)2.两种控制电路的选择(1)下列三种情况必须选用分压式接法要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时(如测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路).当用电器
6、的电阻 RL 远大于滑动变阻器的最大值 R0，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时(因为若用限流法，RL 两端电压变化不明显).若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过 RL 的额定值时，只能采用分压接法.(2)下列情况可选用限流式接法测量时电路的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且 RL与 R0 接近或 RL略小于 R0，采用限流式接法.电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素，采用限流式接法.典例剖析例 1：(20
7、16 年贵州遵义三模)某学习小组的同学拟探究“小灯泡 L 的伏安特性曲线”，可供选用的器材如下：小灯泡 L，规格“4.0 V 0.7 A”；电流表电流表电压表，量程 03 A，内阻约为 0.1；，量程 00.6 A，内阻 r20.2；，量程 03 V，内阻 rV9 k；标准电阻 R1，阻值 1；标准电阻 R2，阻值 3 k；滑动变阻器 R，阻值范围 010；学生电源 E，电动势 6 V，内阻不计；开关 S 及导线若干.甲乙丙丁图 S8-5(1)甲同学设计了如图 S8-5 甲所示的电路来进行测量，当通过 L 的电流为 0.46 A 时，电压表的示数如图乙所示，其读数为_V，此时 L 的电阻为_.
8、(2)乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在 L 上的电压值是_V.(3)学习小组认为要想更准确地描绘出灯泡 L 完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.故示数为 2.30 V，根据欧姆定律 R解析：(1)因为电压表的量程为 3 V，所以分度值为 0.1 V，2.30 V0.46 A5.(2)串联一个定值电阻，相当于增加了电压表的量程，因为电压表内阻和 R2 之比为31，故根据欧姆定律可得电压表两端的电压与电阻 R2 两端的电压之比为31，因为电压表满偏，故电压表示
9、数为 3 V，所以定值电阻 R2 两端的电压为 1 V，故 L上的电压为 4 V.(3)首先电流表 的量程太大，误差太大，应使用电流表 ，而的量程小于小灯泡的额定电流，所以需要将电流表的量程并联一个分流电阻，实验电路图如图增大，所以给电流表S8-6甲或乙所示.甲乙图 S8-6答案：(1)2.30 5 (2)4 (3)如图 S8-6 甲或乙所示.【考点练透】1.(2016 年天津卷)某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整.可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表 (量程 03 V，内阻等于 3 k)电压表电流表电流表
10、(量程 015 V，内阻等于 15 k)(量程 0200 mA，内阻等于 10)(量程 03 A，内阻等于 0.1)滑动变阻器 R1(010，额定电流 2 A)滑动变阻器 R2(01 k，额定电流 0.5 A)定值电阻 R3(阻值等于 1)定值电阻 R4(阻值等于 10)定值电阻 R5(阻值等于 1 k)电源 E(E6 V，内阻不计)(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.(2)该同学描绘出的 I-U 图象应是下图中的_.ACBD答案：(1)如图 D25 所示.(2)B图 D25考点 2 图象法处理数据重点归纳画 I-U 图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别
11、偏离较远的点应该舍弃.典例剖析例 2：(2015 年辽宁四校模拟)由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线.可供选择的实验器材有：A.待测电阻器 Rx(2.5 V,1.2 W)B.电流表C.电压表(00.6 A，内阻为 1)(03 V，内阻未知)D.滑动变阻器(010，额定电流 1 A)I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/VE.电源(E3 V，内阻 r1)F.定值电阻 R0(阻值 5)G.开关一个和导线若干(1)
12、实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在虚线框内画出实验电路图.(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下表所示：图 S8-7其中，I 是电流表的示数，U 是电压表的示数，UR 是电阻器两端的实际电压.请通过计算补全表格中的空格，然后在坐标图 S8-7 中画出电阻器的伏安特性曲线.(3)该同学将本实验中的电阻器 Rx 以及给定的定值电阻 R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是_W.(计算结果保留 2 位小数)解析：(1)要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法.电路如图 S8-8 甲所示.甲乙图 S8-8(2)电压表的示
13、数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压：URUIr，数据如下表所示.电阻器的伏安特性曲线如图乙中的曲线所示.UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52(3)由URI(rR0)E 作出U-I 图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器 U-I 图线的交点可得此时电阻器的电压 UR 0.9 V，电流 I0.35 A，电阻器的实际功率为 PUI0.32 W.答案：(1)如图 S8-10 甲所示.(2)0.100.200.350.600.901.452.052.52如图乙中的曲线所示.(3)0.32【考点练透】2.(2016 年河南洛阳一中模拟)有一个额定电压为 2.8 V，
14、功率约为 0.8 W 的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的 I-U 图线，有下列器材供选用：A.电压表(03 V，内阻 6 k)B.电压表(015 V，内阻 30 k)；C.电流表(03 A，内阻 0.1)；D.电流表(00.6 A，内阻 0.5)；E.滑动变阻器(10，2 A)；F.滑动变阻器(200，0.5 A)；G.蓄电池(电动势 6 V，内阻不计).甲乙丙图 S8-9(1)某同学误将电流表和电压表接成如图 S8-9 甲所示的电路，其他部分连接正确，接通电源后，小灯泡的发光情况是_.要求小灯泡的电压从零开始增大，应选择图乙中的电路图是_(填“a”或“b”).(2)用正确的电路进行测量，电
15、压表应选用_，电流表应选用_.(用序号字母表示)(3)滑动变阻器应选用_.(用序号字母表示)(4)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图丙所示.由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为_.(5)若将此灯泡与电动势 6 V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为_的电阻.(计算结果保留 3 位有效数字)解析：(1)由电路图可知，电压表串接在电路中，电路中的电阻很大，小灯泡不亮；要使电压从零开始调节，应采用分压接法；故电路图应选择 b；(2)由题意可知，灯泡的额定电压为2.8 V，故电压表的量程应大于2.8 V，故电压表应选3 V 量程，故选A；由 PUI 可得，电流为 I0.82.8A0.29 A，故电流表应选 D；(3)本实验中应选用分压接法，故滑动变阻器应选小电阻，故滑动变阻器选 E；(4)由图可知，当电压为 2.8 V 时，电流为 0.28 A，故电阻(5)要使灯泡串联在 6 V 的电源上正常工作，则与之串联的电阻的电压应为 6 V2.8 V3.2 V；此时电路中电流为 0.28 A，故应串联的电阻 R3.20.2811.4.答案：(1)不亮 b (2)A D (3)E (4)10 (5)11.4