1、学案 3 学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 学习目标定位 1.会正确地选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线，掌 握分析图线的方法 1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 I U 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 2实验器材 学生电源(4 V6 V 直流)或电池组、小灯泡(“4 V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”)、滑动 变阻器、电压表、电流表、开关、 导线若干、铅笔、坐标纸 3测小灯泡伏安特性曲线的电路图： 一、电流表的内接法和外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差原因 电流表的
2、分压 电压表的分流 测量值和真实值的比较 R 测 Rx RA U测I测 测量值大于真实值 R 测 U测I测 U测Ix IV 测量值小于真实值 适用于测量 测大(填“大”或“小”)电 阻或 RxRARVRx 测小(填“大”或“小”)电 阻或 RVRxRxRA 二、滑动变阻器的两种接法比较 接法项目 限流式 分压式 电路组成 变阻器接入电 路的特点 采用“一上 一下”的接法 采用“两下一 上”的接法 调压范围 E ERxR Rx (不计电源内阻) 0 E (不计电源内阻) 适用情况 待测电阻的阻值 Rx与滑动变 阻器的总电阻 R 相差不多， 或 R 稍大，且电压、电流变 化不要求从零调起 (1)要
3、求待测电阻上电压或电 流变化范围较大，且从零开 始连续可调 (2)待测电阻的阻值 Rx远大 于滑动变阻器的总电阻 R 三、实验过程 1实验步骤 (1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图 1 所示的电路图连接好 实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零) 图 1 (2)闭合开关 S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压 U 和电流 I. (3)用同样的方法测量并记录几组 U 和 I，填入下表. 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 电压 U/V 电流 I/A (4)断开开关，整理好器材 2数据处理 (1)在坐标纸上以 U 为横轴、
4、 I 为纵轴建立直角坐标系 (2)在坐标纸中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 3实验结果与数据分析 (1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线 (2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大， 说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大 4误差分析 (1)系统误差：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)测量误差：测量时读数带来误差 5注意事项 (1)因 I U 图线是曲线，本实验要
5、测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻 器应采用分压式接法 (2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法 (3)画 I U 图线时纵轴、横轴的标度要适中，以使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要 画成折线，应该用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去 例 1 有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的 I U 图 线现有下列器材供选择： A电压表(05 V，内阻 10 k) B电压表(015 V，内阻 20 k) C电流表(03 A，内阻 1 ) D电流表(00.6 A，内阻 0.4 ) E滑动变阻器(10 ，2 A) F滑动变阻器(500 ，1 A)
6、G学生电源(直流 6 V)、开关、导线若干 (1)实验时，选用图 2 中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由： _ _. 图 2 (2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用 _(用序号字母表示) (3)把图 3 中所示的实验器材用实线连接成实物电路图 图 3 解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故 采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数 据因小灯泡额定电压为 4 V，则电压表选 05 V 的 A 而舍弃 015 V 的 B，因 15 V 的量 程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流 I0.5
7、 A，则电流表只能选 D.滑动变阻器 F 的最 大阻值远大于小灯泡内阻 8 ，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性 关系差，故舍去小灯泡内阻为电流表内阻的 20 倍，电压表内阻是小灯泡的 80.4 1 250 倍，故电流表采用了外接法 101038 答案 (1)描绘小灯泡的 IU 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E (3)如图所示 例 2 某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组 U 和 I 的 数据： 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I/
8、A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 (1)在图 4 中画出 IU 图象 图 4 (2)从图象上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_ (3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_ 解析 画出 I U 图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来逐渐靠近 U 轴说明电阻增大 答案 (1)见解析图 (2)开始时不变，后来增大 (3)增大 要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增 加到 3 V，并便于操作已选用的器材有： 电池组(电动势为 4.5 V，内阻约 1 )； 电流
9、表(量程为 0250 mA，内阻约 5 )； 电压表(量程为 03 V，内阻约 3 k)； 电键一个、导线若干 (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填字母代号) A滑动变阻器(最大阻值 20 ，额定电流 1 A) B滑动变阻器(最大阻值 1 750 ，额定电流 0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号) 答案 (1)A (2)B 解析 (1) 根据 “灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作”可知控制电路 必定为“分压电路” ，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选 A. (2)在(1)中已经明确了控制电路，继续要选择电流表的接法，题中 3，而
10、 RxRA 155 200，可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的 RVRx 300015 外接法，综上可知 B 选项的电路图正确 1.(单选)用电流表和电压表测量电阻 Rx的阻值如图 1 所示，分别将图(a)和(b)两种测量 电路连接到电路中，按照(a)图时，电流表示数为 4.60 mA，电压表示数为 2.50 V；按照(b)图 时，电流表示数为 5.00 mA，电压表示数为 2.30 V，比较这两次结果，正确的是( ) 图 1 A电阻的真实值更接近 543 ，且大于 543 B电阻的真实值更接近 543 ，且小于 543 C电阻的真实值更接近 460 ，且大于 4
11、60 D电阻的真实值更接近 460 ，且小于 460 答案 B 解析 比较题图(a)、(b)的电压读数，可知 U0.20 V，则 0.08；电流变化 UU 0.202.50 I0.40 mA，则 0.087，可见 ，即电流变化明显一些，可见电压表内 II 0.404.60 II UU 阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取电流表内接法，即按照(a)图所示电路 测量电阻 Rx， Rx 543 ，此法测量值偏大，因此选项 B 正确 2.5 V4.6010 3 A 2在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：小灯泡 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
12、 S 等，要求小灯泡两端电压从 0 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 2 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 图 2 _ _. _ _. 答案 (1)分压 (2)电键 S 不应闭合，应处于断开状态 滑动变阻器滑动触头 P 位置不当，应将其置于 b 端 3图 3 为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为 2.5 V. 图 3 (1)完成下列实验步骤： 闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_； 闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，_；
13、断开开关，.根据实验数据作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线 (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图 答案 (1)使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 增加小灯泡两端的电压，记录电流表和 电压表的多组读数，直至电压达到额定电压 (2)见解析图 解析 (1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡两端的电压应为零，调节滑动 变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的 滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电 压 (2)与实物电路相应的电路图如图所示 4在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有： A小灯泡：规格为“3.
14、8 V 0.3 A” B电流表：量程 00.6 A，内阻约为 0.5 C电流表：量程 03 A，内阻约为 0.1 D电压表：量程 05 V，内阻约为 5 k E滑动变阻器：阻值范围 010 ，额定电流 2 A F电池组：电动势 6 V，内阻约为 1 G开关一只，导线若干 (1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从 0 逐渐增大到 3.8 V 且能方便地进 行调节，因此电流表应选_(填器材前序号) (2)根据你选用的实验电路，将图 4 所示的器材连成实物电路 图 4 答案 (1)B (2)见解析图 解析 (1)因小灯泡的额定电流为 0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流
15、 表选 B. (2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实 物图如图乙所示 5如图 5 甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的 I U 关系曲线图 (1)为了通过测量得到如图甲所示 I U 关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择 的是图_，简要说明理由：_. (电源电压为 9 V，滑动变阻器的阻值为 0100 ) (2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为 9 V，电流表读数为 70 mA，定值电阻 R1250 .由热敏电阻的 I U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_ V；电阻 R2的阻值为 _ . 甲 乙 丙 丁 图
16、5 答案 (1)乙 图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压 (2)5.2 111.8 解析 (1)图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所 需电压，从而能够得到完整的 I U 图线，故选图乙 (2)通过 R1的电流为 I1 A36 mA，通过热敏电阻的电流 I2 I I1(7036) UR1 9250 mA34 mA，由题图甲可知热敏电阻两端的电压为 5.2 V，电阻 R2 9 5.23410 3 111.8 . 6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， “3.8 V,0.3 A” 电压表 V，量程 05 V，内阻
17、5 k 电流表 A1，量程 0100 mA，内阻 4 电流表 A2，量程 0500 mA，内阻 0.4 滑动变阻器 R1，最大阻值 10 ，额定电流 1.0 A 滑动变阻器 R2，最大阻值 5 ，额定电流 0.5 A 直流电源 E，电动势约为 6 V，内阻约为 0.5 (1)在上述器材中，滑动变阻器应选_；电流表应选_ (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)(双选)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 图 6 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)( ) 图 6 答案 (
18、1) R1 A 2 (2)见解析图 (3)BD 解析 (1)本题滑动变阻器采用分压接法，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)电路如图所示，由于电压要从 0 开始调，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 知 B 图正确，由 P I2R 知 D 图正确 U2R 7在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线 a、 b、 c、 d、 e、
19、 f、 g 和 h 按图 7 所 示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后： 图 7 (1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能 为零，则可能是_导线断路 (2)(双选)某同学在实验中还测出 a、b、c 三种元件的伏安特性曲线分别如图 8 中的(a)、 (b)、(c)所示，下列说法正确的是( ) 图 8 Aa 可以作为标准电阻使用 Bb 能作为标准电阻使用 Cb 的阻值随电压升高而增大 Dc 的阻值随电压升高而增大 答案 (1) g (2)AC 解析 (1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说 明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是 g 导线断路 (2)因 a 元 件 的 I U 线 是 直 线 ， 说 明 电 阻 不 随 电 压 的 变 化 而 变 化 ， 故 可 作 为 标 准 电 阻 ， 故 A 对 ， B 错 因 I U 线 上 的 点 与 原 点 的 连 线 的 斜 率 倒 数 表 示 电 阻 值 ， 故 C 对 ， D 错 选 A、 C.
