实验测绘小灯泡的伏安特性曲线.docx
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实验测绘小灯泡的伏安特性曲线
实验:
测绘小灯泡的伏安特性曲线
[学习目标] 1.理解电流表的内接法和外接法,并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法,能进行正确地应用.3.学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.
一、电流表的内接法和外接法的比较
1.两种接法的比较
内接法
外接法
电路
误差分析
电压表示数
UV=UR+UA>UR
电流表示数IA=IR
R测=
>
=R真
电压表示数
UV=UR
电流表示数
IA=IR+IV>IR
R测=
<
=R真
误差来源
电流表的分压作用
电压表的分流作用
2.电流表内、外接的选择方法
(1)直接比较法:
当Rx?
RA时,采用内接法,当Rx?
RV时,采用外接法,即大电阻用内接法,小电阻用外接法,可记忆为“大内小外”.
(2)公式计算法
当Rx>
时,用电流表内接法,
当Rx<
时,用电流表外接法,
当Rx=
时,两种接法效果相同.
(3)试触法:
图1
如图1,把电压表的可动接线端分别试接b、c两点,观察两电表的示数变化,若电流表的示数变化明显,说明电压表的分流作用对电路影响大,应选用内接法,若电压表的示数有明显变化,说明电流表的分压作用对电路影响大,所以应选外接法.
二、滑动变阻器两种接法的比较
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(不计电源内阻)
0~E(不计电源内阻)
适用情况
负载电阻的阻值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)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调
(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R
三、测绘小灯泡的伏安特性曲线
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,即得小灯泡的伏安特性曲线,电路图如图2所示.
图2
2.实验器材
学生电源(4~6V直流)或电池组、小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.
3.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3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)
(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.
4.数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴、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.
(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.
5.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.
6.注意事项
(1)因I-U图线是曲线,本实验要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,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,对个别偏离较远的点应舍去.
一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
例1 有一个小灯泡上标有“4V 2W”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(0~5V,内阻10kΩ)
B.电压表(0~15V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~3A,内阻1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)
E.滑动变阻器(10Ω,2A)
F.滑动变阻器(500Ω,1A)
G.学生电源(直流6V)、开关、导线若干
(1)实验时,选用图3________(选填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验,请说明理由:
________________________________________________________________________.
图3
(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)请根据
(1)中所选电路,把图4中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.
图4
答案
(1)甲 描绘小灯泡的I-U图线所测数据需从零开始,并要多测几组数据
(2)A D E (3)如图所示
解析 因实验目的是要测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,故采用题图甲所示的分压式电路合适,这样小灯泡两端的电压可以从零开始调节,且能方便地测出多组数据.因小灯泡额定电压为4V,则电压表选0~5V的A,而舍弃0~15V的B,因15V的量程太大,读数误差大.小灯泡的额定电流I=0.5A,则电流表应选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8Ω,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,则应选E.小灯泡电阻为电流表内阻的
=20倍,电压表内阻是小灯泡电阻的
=1250倍,故电流表采用了外接法.
二、实验数据的处理
例2 图5甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡的额定电压为3V.
图5
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.
(2)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,滑片应停留在滑动变阻器的最________(选填“左”或“右”)端;
②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;
③记录如下8组U和I的数据,断开开关.根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.
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/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
小灯泡发
光情况
不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
(3)数据分析:
①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是___________________.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而________.
③小灯泡正常工作时的电阻约为________.(保留到小数点后一位)
答案
(1)见解析图
(2)①左 ③见解析图
(3)①先不变,后逐渐增大 ②增大 ③14.6Ω
解析
(1)与实物电路相对应的电路图如图所示.
(2)①为保护电路安全,开关闭合之前,题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.
③根据表格中的数据,画出小灯泡的I-U图线如图所示.
(3)①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是先不变,后逐渐增大.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而增大.
③根据I-U图线可得电压U=3V时,I=0.205A,所以小灯泡正常工作时的电阻约为R=
Ω≈14.6Ω.
1.首先要根据表中数据选择合适的标度;
2.描点后用平滑的曲线连接,个别偏离较远的点应舍去.
1.在图6中,甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图,下列说法不正确的是( )
图6
A.甲图的接法叫电流表外接法,乙图的接法叫电流表内接法
B.甲中R测>R真,乙中R测 C.甲中误差由电压表分流引起,为了减小误差,应使R? RV,故此法测较小电阻好 D.乙中误差由电流表分压引起,为了减小误差,应使R? RA,故此法测较大电阻好 答案 B 解析 题图甲叫做电流表的外接法,题图乙叫做电流表的内接法,A正确;题图甲由于电压表的分流导致电流的测量值偏大,由R= 可知,R测<R真;R越小,电压表分流越小,误差越小,因此这种接法适合测小电阻;题图乙由于电流表的分压,导致电压的测量值偏大.由R= 得R测>R真,R越大,电流表的分压越小,误差越小,因此这种接法适用于测大电阻,B错误,C、D正确;故选B. 2.在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中,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、开关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7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7 ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. 答案 (1)分压 (2)①开关S不应闭合,应处于断开状态 ②滑动变阻器滑动触头P位置不当,应将其置于b端 1.有一未知电阻Rx,为较准确地测出其阻值,先后用图1中甲、乙两种电路进行测试,利用甲图测得的数据是“2.8V 5.0mA”,而用乙图测得的数据是“3.0V 4.0mA”,那么该电阻测得的较为准确的情况是( ) 图1 A.560Ω,偏大B.560Ω,偏小 C.750Ω,偏小D.750Ω,偏大 答案 D 解析 由于 = < = ,即电流表的变化大,电压表的分流作用大,根据试触法的原则,可知用电流表内接法比较准确,用题图乙电路,此时电阻为R= = =750Ω.在电流表的内接法中,测量值大于真实值,故选D. 2.要测绘一个标有“3V 0.6W”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3V,并便于操作.已选用的器材有: 电池组(电动势为4.5V); 电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω); 电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ); 开关一个、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20Ω,额定电流1A) B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A) (2)实验的电路图应选用下列图中的________(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3V,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,然后要选择电流表的接法,题中 = =3,而 = =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外接法,综上可知电路图应选用图B. 3.图2是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图. 图2 图3 (1)根据图2在虚线框中画出实验电路图; (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图3中的①、②、③、④所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V.所示读数为: ①________、②________、③________、④__________.两组数据得到的电阻分别为________和________. 答案 见解析 解析 (1)由实物连接图可知电路图如图所示. (2)电流表量程为0.6A时,最小刻度为0.02A,读数读到小数点后两位,所以①表示数为0.10A,②表示数为0.24A;电压表量程为3V,最小刻度为0.1V,应估读到0.01V,所以③表示数为2.00V,④表示数为0.28V,根据欧姆定律R1= = ≈8.3Ω,R2= = Ω=2.8Ω. 4.“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,提供的实验器材有: A.小灯泡(额定电压为3.8V,额定电流约为0.3A) B.电流表A(0~0.6A,内阻约为0.5Ω) C.电压表V(0~6V,内阻约为5kΩ) D.滑动变阻器R1(0~10Ω,2A) E.滑动变阻器R2(0~100Ω,0.2A) F.电源(6V,内阻不计) G.开关及导线若干 (1)实验中滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”). (2)该同学设计了实验测量电路,通过改变滑动变阻器滑片的位置,使电流表的读数从零开始变化,记录多组电压表的读数U和电流表的读数I.请在图4甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整. 图4 (3)该同学根据实验数据作出了如图乙所示的U-I图像,根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而________(填“增大”、“减小”或“不变”). 答案 (1)R1 (2)如图所示 (3)增大 解析 “测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应该设计成分压电路,滑动变阻器选择阻值范围小的R1.由于小灯泡电阻小,采用电流表外接法.根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大. 5.在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时,所用器材有: 电动势为6V的电源,额定电压为2.5V的小灯泡,以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线.要求能测出尽可能多组数据,如图5是没有连接完的实物电路.(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根) 图5 (1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整; (2)连好电路,闭合开关,移动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,但电压表有示数,电流表几乎不偏转,则故障的原因可能是 ________________________________________________________________________; (3)排除故障后闭合开关,移动滑片P到某处,电压表的示数为2.2V,若要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向________端滑动(选填“左”或“右”); (4)图线是曲线而不是过原点的直线,原因是_______________________________________. 答案 (1)连线如图 (2)c段导线断路或灯泡灯丝断了 (3)右 (4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大 解析 (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求滑动变阻器使用分压式接法,这样能使小灯泡两端的电压从零开始逐渐增大,小灯泡电阻与电流表内阻往往相差不大,而且由于实物图中已经将电压表负极与电流表和灯泡的左端连接好,只能将电压表与灯泡直接并联,采用电流表的外接法,这样误差较小. (2)由于整个电路分成两条支路,电压表这条支路无故障,而灯泡这个支路出故障,只能是灯泡的灯丝断了或c段导线断路所致,导致电压表直接接入干路,电阻过大,滑动变阻器无法控制电流,电流表几乎不偏转. (3)小灯泡的额定电压为2.5V,要增大电压必须调节滑动变阻器,让滑动变阻器与小灯泡并联部分的电压增大,所以P要向右滑动. (4)从伏安特性曲线可以看出,电压升高时,电压表示数与电流表示数的比值增大,故曲线说明了灯丝的电阻随着温度升高而增大.
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