高中物理 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验教学案

描绘小灯泡的伏安特性曲线实验
会分析描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验目的：测绘小灯泡的伏安特性曲线
实验原理：根据原理图从电压表和电流表上读出
相应的电压U和电流I,绘出U—I图。根据金属电阻率
随温度的升高而增大的特点，分析金属丝电阻的变化规律。
器材：小灯泡（3.8V 0.3A）一只，双量程电压表（0—3V－１５Ｖ）、电流表（0—0.6A）各一块。滑线变阻器（0—20）、低压电源、电键各一只，导线若干，坐标纸。
实验步骤：
（1）按图连接电路。
（2）从0开始每隔0.2Ｖ改变电压，直到额定电压３.８Ｖ（注意当电压达到3.0V以后要适时改变电压表的量程）,测出小灯泡在不同电压下的电流,填入下表，
U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
I/A
U/V 1.6 2.0 2.4 2.8 3.4 3.6 3.8
I/A
（3）用平滑的曲线连接各点，画出小灯泡的伏安特性曲线。
（４）拆除电路，整理仪器。
注意事项
(1)电路连接：小灯泡规格 (3.8V 0.3A)电阻较小，故测量电路应用安培表外接法；为使小灯泡两端的电压从零开始且多测几组数据(作图法一般约12组数据)，控制电路中滑线变阻器应采用分压式接法。
(2) 闭合电键K以前,应使变阻器滑动触头位于最左端,使灯炮的电压从零开始;
(3) 在坐标轴上取刻度时应使图线占据尽量多的坐标纸以提高实验的精确度
【例1】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,小灯泡的规格为“6 V,3 W”,其他供选择的器材有: 电流表A1（量程3 A,内阻0.2Ω） 电流表A2（量程0.6 A,内阻1Ω）
电压表V1（量程6 V,内阻20 kΩ） 变阻器R1（0～1 000Ω,0.5 A）
变阻器R2（0～20Ω,2 A） 学生电源E（6 V） 开关S及导线若干
（1）实验中要求电压表在0～6 V范围内读数并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I,以便作出伏安特性曲线,则在上述器材中,
电流表应选 ,
变阻器应选 .
（2）在所给的虚线方框中画出此实验的电路图.
（3）以下是该实验的操作步骤
A.闭合开关,记下电流表、电压表的一组示数（U、I）,
移动变阻器的滑动触头,每移动一次记下一组（U、I）值,共测出12组数据
B.将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路
C.调节触头位置,使闭合开关前触头处于使变阻器与小灯泡并联的电阻最大的位置
D.按所测数据,在坐标纸上描点并将各点用平滑曲线连接起来,得出小灯泡的伏安特性曲线
以上各步骤中存在的错误或不妥之处:
.
将各步骤纠正后,按实验先后顺序排列起来 .
（4）小灯泡的I—U图线是一条曲线,其原因是 .
【变式训练】一般情况下,导体的电阻会随着温度的改变而改变,某同学研究了一白炽灯两端的电压与电流的关系,得到了如下实验数据:
请你完成下列工作:
（1）在如下图所示的方格纸上画出电流与电压的关系图线.
（2）实验过程中用到了下列器材:直流电源、滑动变阻器（最大值为30Ω）、电压表
（量程15 V,内阻约为104Ω）、电流表（量程0.6 A,内阻约为0.01Ω）,开关一只及
导线若干,请在下图中按实验要求连接实物电路图.
（3）某同学根据实验数据及图线作出了下列推论:如果灯泡两端的电压增大20 V,那么灯泡中通过的电流一定不会大于0.392 A,你认为他的推论是否正确
（4）如果把该灯泡接到电动势为6 V,内阻为10Ω（内阻恒定）的电源两端,实际消耗的功率是多少
【例2】发光晶体二极管是电器上做指示灯用的一种电子元件.它的电路符号如右图所示,正常使用时,带“+”号的一端接高电势,带“-”的一端接低电势.某同学用实验的方法测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.
（1）在下面的虚线框内画出该同学的实验电路图.有素（实验中所用电压表的内阻RV约为10 kΩ,电流表的内阻RmA约为100Ω）.
（2）在下图中的小方格纸上用描点法画出二极管的I-U图象.
（3）若发光二极管的最佳工作电压为2.0 V,而电源是由内阻不计、电动势为1.5 V的两节干电池串联而成的.根据画出的伏安特性曲线上的信息分析,应该串联一个阻值多大的电阻后与电源接成闭合电路,才能使二极管工作处于最佳状态
变式练习.某同学用图所示电路,测绘标有“3.8 V,0.3 A”
的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.
（1）除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择:
电流表:
A1（量程100 mA,内阻约2Ω）; A2（量程0.6 A,内阻约0.3Ω）.
电压表:
V1（量程5 V,内阻约5 kΩ）; V2（量程15 V,内阻约15 kΩ）.
滑动变阻器:
R1（阻值范围0～10Ω）; R2（阻值范围0～2 kΩ）.
电源:
E1（电动势为1.5 V,内阻约为0.2Ω）; E2（电动势为4 V,内阻约为0.04Ω）.
为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表 ,
电压表 ,滑动变阻器 ,
电源 .（填器材的符号）
（2）根据实验数据,计算并描绘出R—U的图象如下图所示.
由图象可知,此灯泡在不工作时,灯丝电阻为 Ω;
当所加电压为3.00 V时,灯丝电阻为 Ω,
灯泡实际消耗的电功率为 W.
（3）根据R—U图象,可确定小灯泡消耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的（ ）
1．为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是 (　　)
2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”时，采用如图
所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，
电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因
可能的是(　　)
A．小灯泡中灯丝已烧断
B．滑片接触不良
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
3某同学用两种导电元件分别研究它们的导电性质，他根据实验中所测的数据，分别绘测了I－U图线，如图所示，下列判断正确的是(　　)
A．只有图甲正确　　　　
B．只有图乙正确
C．图甲、乙都可能正确
D．图甲、乙都一定不正确
4．加在一个标有“220V　60W”字样的白炽灯泡两端的电压U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示．在下列四个图象中，可能符合实际情况的是 (　　)
5．现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡(图中用 表示)的伏安特性曲线．要求所测电压范围为0.1V～4V.
现有器材：直流电源E(电动势4.5V，内阻不计)，电压表V(量程4.5V，内阻约为4×104Ω)，电流表A1(量程250mA，内阻约为2Ω)，电流表A2(量程500mA，内阻值约为1Ω)，滑动变阻器R(最大阻值约为30Ω)，电键S，导线若干．
如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是________，下面两个电路应该选用的是______．
6.（提高题）某同学利用图1所示的电路研究灯泡L1（6 V,1.5 W）、L2（6 V,10 W）的发光情况（假设灯泡电阻恒定）,图2为实物图.
图1 图2
（1）他分别将L1、L2接入图1中的虚线框位置,移动滑动变阻器的滑片,当电压表示数为6 V时,发现灯泡均能正常发光.在图2中用笔画线代替导线将电路连线补充完整.
（2）接着他将L1和L2串联后接入图1中的虚线框位置,移动滑动变阻器的滑片,当电压表示数为6 V时,发现其中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮,出现这种现象的原因是 .
（3）现有如下器材:电源E（6 V,内阻不计）,
灯泡L1（6 V, 1.5 W）、L2（6 V,10 W）、L3（6 V,10 W）,
单刀双掷开关S,在图3中设计一个机动车转向灯的控
制电路:当单刀双掷开关S与1相接时,信号灯L1亮,
右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮;当单刀双掷开关S
与2相接时,信号灯L1亮,左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮.
7(提高题).有一个小灯泡标有“6 V,0.6 W”的字样,现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线.现有下列器材供选用:
A.电压表（0～5 V,内阻10 kΩ）;
B.电压表（0～10 V,内阻20 kΩ）;
C.电流表（0～0.3 A,内阻1 Ω）;
D.电流表（0～0.6 A,内阻0.4 Ω）;E.滑动变阻器（30 Ω,2 A）;
F.学生电源（直流9 V）,还有开关、导线.
（1）实验中选用电压表应选 ,电流表应选 （用序号字母表示）.
（2）为使实验误差尽可能减小,请在方框中画出实验电路图.
8(提高题).表格中所列数据是测量小灯泡U-I关系的实验数据:
（1）分析上表内实验数据可知,应选用的实验电路图是下图中的 （填“甲”或“乙”）.
（2）在下图所示的方格纸内画出小灯泡的U-I曲线.分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而 （填“变大”、“变小”或“不变”）.
（3）如右下图所示,用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路,连接到内阻不计、电动势为3 V的电源上.已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍,则流过灯泡b的电流约为 A.
参考答案
例1、答案 （1）A2 R2
（2）外接法.因为电流表与小灯泡的电阻都较小,电流表的分压影响很大.而电压表的内阻很大,所以应采用外接法,电压表的分流影响很小,可以提高实验的准确性.电路图如下图所示.
（3）步骤C中,闭合开关前触头应处于使变阻器与小灯泡并联的电阻为零的位置 BCAD
（4）随着电压增加,通过小灯泡的电流增大,温度升高,灯泡灯丝的电阻率增加
变式训练 答案 （1）、（2）略 （3）正确 （4）0.738 W
例2、答案 （1）由欧姆定律分析表格中的每一组数据,可以看出发光二极管的电阻是变化的,变化的范围大约在100 Ω～500Ω之间,与r=1 000Ω比较,属于小电阻,应采用电流表外接法;又从表格中得到信息,实验时,电压必须从0开始增大,因此滑动变阻器必须采用分压式接法.所以实验电路如下图（a）所示.
（2）将表格提供的数据在方格纸上描点,可画出二极管的I-U图线,如上图（b）中的曲线所示.
（3）83.3Ω
变式训练
答案 （1）A2 V1 R1 E2 （2）1.5 11.5 0.78 （3）A
【答案】1.　C, 【解析】　本题考查了学生实验——描绘小灯泡的伏安特性曲线，意在考查考生对实验数据的分析处理能力．由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，随着灯泡两端电压逐渐增大，灯丝温度升高，其电阻逐渐增大，则在U－I图象中斜率应逐渐增大，故C正确．
2.C, 3C. 【解析】　甲图说明该导电元件随着温度的升高电阻不发生变化，热稳定性好，这是可能的．乙图的斜率越来越小，说明该导电元件的电阻随着温度的升高电阻越来越大，这也是可能的．
4B,
5.【解析】　本题考查用电流表和电压表测小灯泡电阻的实验方法，并考查学生分析实验，根据实验要求确定电流表的内、外接法及滑动变阻器的两种接法．
由P＝得R灯＝Ω＝10Ω，
Im＝A＝0.45A＝450mA，所以选A2.
根据电流表、电压表内阻及小灯泡电阻之间的关系，R灯＝10Ω<＝200Ω，应选用电流表外接法，故选甲电路．
【答案】A2　甲
6.答案 （1）如下图所示
（2）L1电阻（24Ω）比L2电阻（3.6Ω）大得多,所以L2两端分得的电压只有约0.8 V与L2的灯泡的额定电压（6 V）差别太大,故L2实际功率太小,故L2不能发光.
（3）如下图所示,当S与1接时,L1与L3串联后与L2并联,由于L1电阻远大于L3电阻,故L3分得的电压很小.L3的实际功率太小,L3不亮.满足题设要求.S与2接时,情况与接1时类似.
7.答案 （1）B C
（2）见右图
8.答案 （1）甲 （2）见右图 变大
（3）0.125