学生实验：描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，能正确地应用.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、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．
二、实验器材
学生电源(4～6 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．
三、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，按如图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、电压表有明显的示数，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．
四、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．(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．
五、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．
3．作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差．
六、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．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．
4．I-U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差．
5．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．
6．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．
【例1】 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，供选择的实验仪器如下：
器材
规格
器材
规格
小灯泡
标有“3.8 V，
0.3 A”字样
滑动变阻器R1
最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A
电压表
V
量程0～5 V，内阻5 kΩ
滑动变阻器R2
最大阻值1 kΩ，额定电流0.5 A
电流表
A1
量程0～100 mA，内阻4 Ω
直流电源E
电动势约6 V，内阻约0.5 Ω
电流表
A2
量程0～500 mA，内阻0.4 Ω
导线、开关等
(1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．(填器材代号)
(2)在下图中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．
[解析] (1)为方便实验操作，滑动变阻器应选R1；灯泡额定电流为0.3 A＝300 mA，电流表应选A2.
(2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡正常发光时的电阻R＝ Ω＝12.67 Ω，电压表内阻为5 kΩ，电流表内阻为0.4 Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示．
[答案] (1)R1 A2 (2)见解析
【例2】 图为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为3 V.
(1)在方框图中画出与实物电路相应的电路图．
(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，应停留在滑动变阻器________端；(选填“左”或“右”)
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，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记录如下表中一组U和I的数据，断开开关．根据实验数据在图中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
灯泡发光情况
不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
(3)数据分析
①从图线上可以得出，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升高而________．
③小灯泡正常工作时的电阻约为________．(保留小数点后一位有效数字)
[解析] (1)描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡电阻较小，约为几欧姆到十几欧姆，远小于电压表内阻，电流表应采用外接法．
(2)①为保护电路安全，开关闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于左端．
②根据表格中的数据，画出小灯泡的I-U图线
(3)①从图线上可以得出，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升高而增大．
③根据I-U图线得当灯泡两端电压U＝3 V时，I＝0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R＝Ω≈14.6 Ω.
[答案] (1)见解析图
(2)①左 ②见解析图
(3)①先不变，后逐渐增大 ②增大 ③14.6
1．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 Ω)
电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)
电压表(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(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)
B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)
(2)实验的电路图应选用图________(填字母代号)．
A B C D
[解析] (1)描绘小灯泡伏安特性曲线实验要求电压调节范围大，因此滑动变阻器采用分压式，为使调节过程中电压变化尽可能均匀，选用最大阻值较小的滑动变阻器A.
(2)由于小灯泡的电阻比较小，因此电流表采用外接法，选用B图．
[答案] (1)A (2)B
2.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
3．用如图甲所示的电路图研究灯泡L(2.4 V，1.0 W)的伏安特性，并测出该灯泡在额定电压下正常工作时的电阻值，检验其标示的准确性．
(1)在闭合开关S前，滑动变阻器触头应放在________(填“a”或“b”)端．
(2)根据电路图，请在图乙中以笔画线代替导线将图乙补充完整．
(3)实验后作出的I－U图像如图丙所示，说出图中曲线弯曲的主要原因．
甲 乙 丙
[答案] (1)a (2)电路连接图如图所示 (3)随着电压升高，灯丝温度升高，灯丝电阻率增加，灯丝电阻增大
4．有一个小灯泡上标有“4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特性曲线．现有下列器材供选用：
A．电压表V1(0～5 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表V2(0～10 V，内阻约20 kΩ)
C．电流表A1(0～0.3 A，内阻约1 Ω)
D．电流表A2(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)
E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)
F．滑动变阻器R2(0～100 Ω，0.2 A)
G．学生电源(直流6 V)、开关及导线
(1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表________，电流表________，滑动变阻器________．(填器材的前方选项符号，如A、B)
(2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据；请在下面的方框中完成实验电路图．
(3)P为图中图线上的一点，PN为图线上P点的切线、PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，对应P点，小灯泡的电阻约为________Ω.(保留两位有效数字)
(4)小灯泡的I-U图线是曲线而不是过原点的直线，原因是__________________________________________．
[解析] (1)根据小灯泡标有“4 V，2 W”的字样，电压表应选A；通过小灯泡的额定电流I＝＝0.5 A，电流表应选D；本实验要求小灯泡电流从零开始调节，滑动变阻器应用分压式接法，为便于调节(灵敏)，应选阻值小的变阻器E.
(2)因小灯泡电阻远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，要求小灯泡电流从零开始调节，所以滑动变阻器应用分压式接法，电路如答案图所示．
(3)P点表示当小灯泡两端电压为2.4 V时，通过小灯泡的电流为0.45 A，此时小灯泡的电阻R＝≈5.3 Ω.
(4)小灯泡两端电压越大，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的热功率越大，温度越高，导致电阻率变大，小灯泡的电阻增大，I-U图像斜率变小．也就是说随着电压的增大，小灯泡的电阻增大，使I-U图像斜率变小．
[答案] (1)A D E (2)电路如图所示 (3)5.3
(4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大
5．要测绘某电学元件(最大电流不超过6 mA，最大电压不超过7 V)的伏安特性曲线，设计电路如图所示，图中定值电阻R＝1 kΩ，用于限流；电流表量程为10 mA，内阻约为5 Ω；电压表(未画出)量程为10 V，内阻约为10 kΩ；电源电动势E＝12 V，内阻不计．
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：
a．阻值0～200 Ω，额定电流0.3 A
b．阻值0～20 Ω，额定电流0.5 A
本实验应选用的滑动变阻器是________(填“a”或“b”)．
(2)正确接线后，测得数据如下表所示．
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U(V)
0.00
3.00
6.00
6.16
6.28
6.32
6.36
6.38
6.39
6.40
I(mA)
0.00
0.00
0.00
0.06
0.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.50
①根据以上数据，电压表是并联在M与________之间的(填“O”或“P”)．
②根据以上数据，在图中画出该元件的伏安特性曲线．
[解析] 因为描绘的是元件的伏安特性曲线，故要求滑动变阻器采用分压式接法，为了调节灵活和方便，应选用阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器，故选用滑动变阻器b；根据题中提供的数据以及电流表内接和外接的判定方法，可知电流表应采用内接法，故电压表应接在M、P之间．
[答案] (1)b (2)①P ②如图所示
课件48张PPT。第二章 直流电路学生实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线234电流表电压表滑动变阻器电流表5量程断开零67平滑89分压式外1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647Thank you for watching !
