一、测绘小灯泡的伏安特性曲线 1实验目的 掌握伏安法测电阻的电路设计(关键是内、外接法的选择) 理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是过原点的一条直线 2实验原理 由于电流增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，电灯丝材料的电阻率增大，因此电灯丝的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(IU图线)并不是一条直线，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点(在此电压与电流下)的电阻的倒数，斜率越小，电阻越大 3实验器材 “3.8V,0.3A”的小灯泡，46V学生电源(或34个电池组)，0100的滑动变阻器，015V的电压表，00.6A的电流表，开关一个、导线若干 4实验步骤 (1)选取适合的仪器按图751所示的电路连接好图751 (2)将滑动变阻器滑片调节到A端后，闭合开关 (3)调节滑动变阻器，在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录 (4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原样 (5)以I为纵轴，U为横轴，画出IU曲线并进行分析 二、探究导体电阻与其影响因素的定量关系 1实验探究：用控制变量法进行探究保持横截面积和材料两个因素不变的条件下，改变导体长度，测出相应的电阻及导体长度，可得出电阻与导体长度关系然后再依次研究电阻与另外两个因素的关系由于金属丝的电阻较小，为减小误差，测量电阻时应采用电流表外接法 2.理论探究：根据串联电路的性质，通过逻辑推理，可得出电阻与导体的长度成正比；根据并联电路的性质，通过逻辑推理，可得出电阻与导体的横截面积成反比 1螺旋测微器如何操作和读数 解答:(1)构造： 图752是常用的螺旋测微器，它的测砧A和固定刻度G固定在框架F上，旋钮K、微调旋钮K和可动刻度H，测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在G上 图752 (2)原理：精密螺纹的螺距是0.5mm，即每旋转一周，P前进或后退0.5mm，把这一周分成50等分，每一等分对应固定刻度上的0.01mm，即可动刻度每转过一等分，P前进或后退0.01mm，因此，从可动刻度旋转了多少等分就知道长度变化了多少个0.01mm.用它测量长度，可以精确到0.01mm，还可以估读到0.001mm(即毫米的千分位)，因此螺旋测微器又称为千分尺它是把前后方向的微小变化和圆周上的旋转变化对应起来，放大了这种变化 使用螺旋测微器时，将被测物体放在测砧A和测微螺杆P之间，先使用粗调旋钮K，在测微螺杆P快靠近被测物体时，改用微调旋钮K，听到“咔咔”声音停止转动，并用止动旋钮止动，然后读数螺旋测微器的读数方法是：先从固定刻度尺上读出半毫米以上长度，然后找出鼓轮上可动刻度上第几条刻度线与固定刻度线上的水平横线对齐，再估读一位数字就是可动刻度示数，两次读数相加就是所要测量的长度即所测长度L固定刻度示数可动刻度示数最小分度值(0.01mm) 以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略 2在测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，我们应注意什么？ 解答：(1)本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法 (2)滑动变阻器应采用分压式连接，目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化 (3)闭合电键S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡分得电压为0的一端，可以使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而烧坏灯丝 (4)UI图线在U01.0V左右将发生明显弯曲，故在U1.0V左右绘点要密，以防出现很大误差 (5)电流表选择0.6A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定，即使用的若是“3.8V,0.3A”的小灯泡，又要完整的描绘出它的伏安特性曲线，则选用电压表的15V量程，若使用“2.5V,0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程 (6)在坐标纸上建立一个直角坐标系，两坐标轴选取的标度要合理，连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧所测数据中误差较大的点，在连线中应不予考虑 3根据实验要求和实验条件，怎样选用合适的仪器？ 解答：(1)选用电流表、电压表时，要根据电源电动势、电阻的大小和额定功率等考虑所测电流、电压的最大值，不能超出仪表的量程，以确保不损坏仪器在实验电路中测量电流、电压时，电流表、电压表的指针偏转角度不宜过小，以减小误差，电流表、电压表的读数为满刻度2/3左右时，读数较准确 (2)选用滑动变阻器，若用“限流式”，一般选用阻值适当大的滑动变阻器，但不是越大越好，因阻值很大时，在实验过程中可能只用到其阻值较小的一部分，这样滑动触头只能在很短的范围内调节，使用起来很不方便若采用“分压式”，应选择阻值适当小一些的滑动变阻器，这样可使分出的电压大致上随滑动触头移动的距离成正比例改变，调节起来比较方便 (3)对器材选择的一般步骤是：a.先找出实验中必须应用的器材； b.画出实验电路原理图； c.估算待测电路中I和U的最大值； d.考虑能否使电表示数在半偏以上； e.选择合适量程的电压表、电流表、合适阻值的滑动变阻器及合适的电源RRR 是电阻的定义式，其电阻并不随电压、电流的变化而变化，只是可由该式算出线路中的电阻R 是电阻的决定式，其电阻的大小由导体的材料、横截面积、长度共同决定提供了一种测电阻的方法：只要测出U、I就可求出R提供了一种测导体的的方法：只要测出R、L、S就可求出 1电路设计及数据处理 例1：小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：I(A)0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U(V)0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00 (1)在图753的虚线框中画出实验电路图可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围010)、电源、小灯泡、电键、导线若干 (2)在坐标系中画出小灯泡的UI曲线图753 (3)如果测得电池的电动势1.5V，内阻2.0.问：将本题中的小灯泡接在现在电路上的实际功率是多少？简要写出求解过程，图可直接画在第(2)小题的方格图中 解析：(1)小灯泡的电阻约是几欧，因此采用电流表外接法；电压应从零开始增大，且变化范围大，应采用分压电路，故实验电路如图(a)所示(a) (2)小灯泡的UI特性曲线如图(b)中曲线 (3)将灯泡接在电源上时，灯泡两端电压等于路端电压，而灯泡中电流等于总电流根据UEIr，若作出路端电压U与总电流I的图线，应是一直线，它与小灯泡的UI图线只有一个交点，即得小灯泡工作电流为0.35A，工作电压为0.80V，从而求出小灯泡实际功率为0.28W.(b) 方法点拨：由于小灯泡的电阻较小，故采用安培表外接，由于要描绘小灯泡的伏安特性曲线，故采用分压电路 变式训练1：影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻则与之相反，随温度的升高而减小某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律 (1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验( ) (2)由(1)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示根据表中数据请在图754乙中作出元件Z的IU图线U/V00.400.600.801.001.201.501.60I/A00.200.450.801.251.802.803.20图754 根据Z的IU图线可知判断元件Z是金属材料还是半导体材料？ 把元件Z和电阻R接入如图754甲所示的电路中，由实验测得电阻R的IU图线如图754乙所示已知电源的电动势E1.5V，内阻不计闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为_W.图754甲 解析：(1)由测量的数据题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图 (2)描点画出元件Z的IU图线如图所示由IU图线可知，Z是半导体当电流强度为0.80A时，元件Z两端的电压为0.80V，定值电阻R的电压为0.70V，此时元件Z上消耗的电功率为0.600.68W. 2仪器和电路的选择 例2：有一个小灯泡标有“6V、0.6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的IU图线，有下列器材可供选用： A电压表(05V，内阻10k) B电压表(010V，内阻20k) C电流表(00.3A，内阻1) D电流表(00.6A，内阻0.4) E滑动变阻器(30，2A) F学生电源(直流9V)，还有开关和导线 (1)实验中电压表应选_，电流表应选_(用序号字母表示) (2)为使实验误差尽可能减小，画出实验电路图 解析：(1)电流表、电压表的选择 由小灯泡的标识可知其额定电压为U16V，额定电流为I10.1A，在额定电压下的电阻为R60.为了安全，小灯泡两端所加电压不能超过6V，(通过小灯泡的电流不能超过0.1A)，要测IU图线，其电压变化范围应在06V间因此电压表应选择B，电流表应选择C. (2)电流表内外接法的选择 由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将引起系统误差本实验中小灯泡的最大电阻约R160，R1RV，为了减小误差，应当用电流表外接法 (3)控制电路的选择 本题中若采用限流电路，其电路中的最小电流是Imin0.1A，显然不符合实验要求；且实验数据应包括电压在零附近的数值，故只能用分压接法实验电路图如右图所示 方法点拨：仪器的选择一般应考虑三方面的因素：一是安全因素例如通过电源、电表和电阻的电流不能超过其允许的最大电流二是误差因素例如选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差三是便于操作，例如选用滑动变阻器时，应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节 变式训练2：有一标有“6V,1.5W”的小灯泡，现用图755(a)所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，还有： A直流电源6V(内阻不计)； B直流电流表03A(内阻0.1以下)； C直流电流表0300mA (内阻约为5)；图755 D直流电压表015V(内