2.3 实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线 学案 Word版含答案

实验：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
欧姆定律。
三、实验电路
1．电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。
2．滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图所示。
四、实验器材
小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。
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，按如图所示的电路原理图连接好实验电路。
2．把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S。
3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。
4．拆去实验线路，整理好实验器材。
六、数据处理
1．在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。
2．连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。
3．根据图像计算电阻时，应用R＝来计算。
七、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系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。
2．测量时，读数带来偶然误差。
3．在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。
八、注意事项
1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。
2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。
3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：
在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至量程左右。
4．测绘I-U(U-I)图线时要注意三点：一是标度选取合理。即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。
[例1]　在《描绘小灯泡的伏安特性曲线》实验中选择“3 V　0.5 A”的小灯泡作为研究对象，现备有以下器材：
A．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻1 Ω)
B．电流表A2(量程0～3 A，内阻1 Ω)
C．电压表V1(量程0～15 V，内阻约10 kΩ)
D．电压表V2(0～3 V，内阻约2 kΩ)
E．滑动变阻器R1(阻值0～100 Ω)
F．滑动变阻器R2(阻值0～10 Ω)
G．电源E＝6 V
H．开关S，导线若干
(1)在本实验中，电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用______；(填入器材序号)
(2)滑动变阻器应采用______(填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用______(填“内”“外”)接法；
(3)设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I＝______ A，U＝______ V。
[解析]　(1)“3 V　0.5 A”的小灯泡，则电流表应选用A(量程0～0.6 A，内阻1 Ω)，电压表应选用D(0～3 V，内阻约2 kΩ)；描绘小灯泡伏安特性曲线，滑动变阻器选用F(阻值0～10 Ω)。
(2)描绘小灯泡伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压式接法；小灯泡正常工作时的电阻RL＝＝6 Ω，比电压表电阻小的多，则电流表应采用外接法。
(3)根据题图中电流表、电压表的示数可知I ＝0.48 A，U＝2.20 V。
[答案]　(1)A　D　F　(2)分压　外　(3)0.48　2.20
[例2]　小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而变大，某同学利用实验探究这一现象，所提供的器材有：
A．电流表A1：量程0～0.6 A，内阻约0.125 Ω
B．电流表A2：量程0～3 A，内阻约0.025 Ω
C．电压表V1：量程0～3 V，内阻约3 kΩ
D．电压表V2：量程0～15 V，内阻约15 kΩ
E．滑动变阻器R1：总阻值约10 Ω
F．滑动变阻器R2：总阻值约200 Ω
G．电池E：电动势3.0 V，内阻很小
H．导线若干，开关S
该同学选择仪器，设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据：
I/A
0
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U/V
0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
(1)请你推测该同学选择的器材是：电流表为______，电压表为______，滑动变阻器为______(以上均填写器材前序号)。
(2)请你推测该同学设计的实验电路图并画在下面的虚线框中。
[解析]　(1)由表中实验数据可以知道，电流最大测量值为0.50 A，则电流表应选A；电压最大测量值为2.00 V，电压表应选C；为方便实验操作滑动变阻器应选择E。
(2)由表中实验数据可以知道，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡最大阻值约为R＝＝ Ω＝4.0 Ω，电流表内阻约为0.125 Ω，电压表内阻约为3 kΩ，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应选择外接法；电路图如图所示。
[答案]　(1)A　C　E　(2)电路图见解析
1．[多选]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，已备有以下器材：小灯泡、学生电源、开关、导线若干，还必需的器材有(　　)
A．电压表　　　　　　　　 B．电流表
C．滑动变阻器 D．多用电表
解析：选ABC　实验中要测量电压和电流，必需电压表和电流表，描绘图线必须测出多组U、I值，因此要用滑动变阻器调节小灯泡的电流和电压，A、B、C正确。
2．做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。
(1)实验电路图已经画出了一部分，如图所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好；
(2)按你连接的电路，S闭合后，要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向________(选填“A”或“B”)端移动。
解析：(1)采用滑动变阻器分压式连接，电路图如图所示：
(2)要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向B端移动。
答案：(1)见解析　(2)B
3．以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：
A．闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；
B．将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路。电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图所示；
C．调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。
(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是________，应如何改正：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：____________________________。
解析：错误或不妥的步骤是ACD。A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I-U图线。C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端。D步骤：应将各点用平滑的曲线连接。
答案：(1)见解析　(2)BCAD
4．要测绘一个标有“3 V　0.6 W”的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E(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)
电流表A(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)
电压表V(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)
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R1(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)
B．滑动变阻器R2(最大阻值1 750 Ω，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)。
解析：描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始，需选用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器阻值应选较小的，故选A。由于灯泡电阻较小，正常工作时R＝＝15 Ω，电流表选用外接法误差较小，故电路图选B。
答案：(1)A　(2)B
5．某实验小组要描绘一只小灯泡L(2.5 V　0.5 A)的伏安特性曲线。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
电源E(3.0 V，内阻约0.5 Ω)
电压表V1(0～3 V，内阻约3 kΩ)
电压表V2(0～15 V，内阻约15 kΩ)
电流表A1(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
电流表A2(0～3 A，内阻约0.025 Ω)
滑动变阻器R1(0～5 Ω)
滑动变阻器R2(0～1 750 Ω)
(1)电压表应选择__________，电流表应选择________，滑动变阻器应选择__________。
(2)实验过程中要求小灯泡两端电压从零开始调节，应选择下图中哪一个电路图进行实验________。
解析：(1)灯泡的额定电压为2.5 V，额定电流是0.5 A，所以电压表应选择V1，电流表应选择A1，因本实验必须采用分压接法，故滑动变阻器应选择总阻值较小的R1。
(2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压、电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡的电阻约为R＝ Ω＝5 Ω，远小于电压表内阻，电流表采用外接法误差较小，选图A所示实验电路。
答案：(1)V1　A1　R1　(2)A
6．表格中所列数据是测量小灯泡U?I关系的实验数据：
U(V)
0.0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I(A)
0.000
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
(1)分析表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_____(选填“甲”或“乙”)。
(2)请在图丙所示的方格纸内画出小灯泡的U?I图线；分析图线可知小灯泡的电阻随I变大而_____(选填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)由表中数据可知，电压、电流从零开始测量，因此需要滑动变阻器分压接法，故该实验选择分压接法。故应选择甲电路。
(2)根据表格所给数据，画出小灯泡的U?I曲线如图所示；
由小灯泡的U?I图线可知，图像的斜率变大，故说明当电流增大时，灯泡的电阻增大。
答案：(1)甲　(2)见解析图　变大