课时26电学实验(一,实验(9):测绘小灯泡的伏安特性曲线,一、实验原理图,二、基本实验要求 1.实验目的 (1)练习使用电流表和电压表。 (2)描绘小灯泡的伏安特性曲线。 (3)根据伏安特性曲线分析电流随电压变化的规律。 2.实验原理 (1)通过调整滑动变阻器,改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流,用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,绘制小灯泡的伏安特性曲线,进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律。 (2)小灯泡电阻较小,所以电流表应采用外接法连入电路。 (3)电压应从“0”开始变化,所以滑动变阻器采用分压式接法,3.实验器材 小灯泡“3.8 V0.3 A”、电压表“0315 V”、电流表“00.63 A”、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。 4.实验步骤 (1)画出实验电路图。 (2)检查电表的指针是否指在“0”刻度线,若不是,应先进行机械调零。 (3)将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成闭合电路。 (4)调整滑动变阻器的滑片,使其处在合上开关时小灯泡两端的电压为零的位置上,5)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压由零增大至额定电压,分别读出上述过程中电压表、电流表的读数,同时观察小灯泡的发光情况,并将测量数据填入自己设计的表格中。 (6)拆除实验电路,整理实验器材。 5.数据处理 在坐标纸上以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系,并根据表中数据描点,用平滑的曲线连接各点得到I-U图线,6.注意事项 (1)本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此滑动变阻器采用分压接法。 (2)本实验中,因被测小灯泡的电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法。 (3)实验时要根据小灯泡的额定电压选择电压表的量程。 (4)因小灯泡的伏安特性曲线不是直线,故闭合开关,调节变阻器滑片的位置使小灯泡的电压逐渐增大时,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5 V)时,读取一次电流值,不能任意调节电压、电流读数;但在U=1 V左右要适当多测几组数据(此时I-U曲线明显变化)。 (5)开关闭合前滑动变阻器的滑片应在灯泡两端电压为零的位置。 (6)两坐标轴选取的标度要合理,尽可能使根据数据画出的图线占满坐标纸,描点连线时要用平滑的曲线连线,注意曲线的斜率不是此状态下小灯泡的电阻,1.滑动变阻器限流式接法和分压式接法(电池内阻不计,2.电流表、电压表测电阻两种接法的比较选择,3.实验器材的选择原则: (1)安全:用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。 (2)精确:电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上。 (3)操作方便:从便于操作来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用小阻值滑动变阻器,考点1,考点2,考点3,考点1实验原理和操作 典例1在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,小灯泡额定电压为2.5 V、电流为0.3 A。 (1)部分连线的实物照片如图甲所示,请在完成实物连接图; (2)某次实验中,当电流表的示数为0.18 A,电压表的指针如图乙所示,则电压为V,此时小灯泡的功率是W,考点1,考点2,考点3,3)正确测量获得的伏安特性曲线是下列图象中的(填字母,考点1,考点2,考点3,试题分析 (1)本实验中滑动变阻器应用分压式接法,由于电灯泡是小电阻,电流表应该外接;(2)两节电池电动势为3 V,电压表量程选择3 V,最小刻度为0.1 V,为十分之一估读法,读为:1.50 V,灯泡功率为:P=UI=0.181.50 W=0.27 W; (3)在伏安特性曲线中,电阻大小为: ,且通电时间越长,电阻越大,斜率越小,选项C正确。 答案: (1)如图 (2)1.48-1.500.27(3)C,考点1,考点2,考点3,实物连线就是根据电路图把实物连起来,实物连线的一般思路如下: 1.先画电路图,后画实物图。在电路图上标明电源的正、负极,电流表和电压表的正、负接线柱等。(按实物的布局设计线路图,再根据线路图连接实物图) 2.先串后并,注意正负。画电路实物图时,应选择一条包含电路元件最多的通路,例如:从电源的正极出发,沿着电流的方向依次把开关、用电器、电流表(先接正柱,后接负柱)、变阻器等连接起来,一直连到电源负极,然后再把其余的电路元件和电压表并联在电路的某两点之间,考点1,考点2,考点3,3.注意量程,接线到柱。连接多量程电流表、电压表时,应注意选择适当的接线柱(即选取合适的量程),所有导线的连接点都应画在用电器的接线柱上或电源的正、负极上,不应在无接线柱的地方把几条导线相接。 4.避免交叉,检查无误。所画导线不应交叉,以使连接情况清晰易辨。画好电路实物图后,应对照电路图再检查一遍,以便减少错误,考点1,考点2,考点3,考点2实验器材与电路的选择 典例2某学习小组要描绘一个标有“3.6 V1.2 W”的小灯泡的伏安特性曲线,除了导线和开关外,还有下列器材可供选择: 直流电源E(电动势4.5 V,内阻不计) 电压表V(量程5 V,内阻约为5 k) 电流表A1(量程350 mA,内阻约为1 ) 电流表A2(量程150 mA,内阻约为2 ) 滑动变阻器R1(阻值0200 ) 滑动变阻器R2(阻值010 ) (1)实验中电流表应选,滑动变阻器应选;(填写器材代号,考点1,考点2,考点3,2)如图所示,以下的四个电路中应选用进行实验,考点1,考点2,考点3,解析: (1)灯泡的规格为“3.6 V1.2 W”,则灯泡的额定电流I= A333 mA,灯泡的电阻Rx=10.8 ,观察所给器材的规格,电流表应该用量程为350 mA的A1,测量灯泡的伏安特性曲线,小灯泡的电压和电流需要从零调起,所以滑动变阻器应该用分压式接法,所以用R2。 (2)据 =(10.8 )2RARV=1 5 000 ,所以电流表应用外接法,所以实验电路要选择A图。 答案: (1)A1R2(2)A,考点1,考点2,考点3,考点3实验的数据处理与误差分析 典例3某实验小组利用图甲的实物连线图,做测绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,该小组在实验时测得两组数据,第一组是电压从0逐渐增加到2.5 V,第二组是从2.5 V逐渐减小到0,将两组数据描在I-U图上,如图乙,第一组数据的数据点在图中是用(填“”或“”)表示的,考点1,考点2,考点3,甲 乙 另一实验小组用同样的电路实验,发现电压表示数的最大值只有1.5 V,检查电路正确并连接良好,而后将电路断开,用电压表直接接到这两节电池串联而成的电池组两端,电压表示数为3.00 V。请解释原因,考点1,考点2,考点3,解析: 由于金属导体电阻随温度的变化而变化,第二组中由于开始时温度较高,故第二组在相同电压表测得的电阻应较大,第一组测出的电阻较小;因图象为I-U图象,其与原点连线的斜率表示电阻的倒数,故第一组数据为所表示的;直接测量时为电源的电动势,而在接入电路时输出电压较小,故说明电源内阻较大。 答案: 该实验小组所用的电池的内阻较大,考点1,考点2,考点3,典例4物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其标称功率值为0.75 W,额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 ,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压 。他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯泡的U-I图线,进而分析灯泡的额定电压。 A.电压表V(量程3 V,内阻约3 k) B.电流表A1(量程150 mA,内阻约2 ) C.电流表A2(量程500 mA,内阻约0.6 ) D.滑动变阻器R1(020,考点1,考点2,考点3,E.滑动变阻器R2(0100 ) F.电源E(电动势4.0 V,内阻不计) G.开关S和导线若干 H.待测灯泡L(额定功率0.75 W,额定电压未知) (1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表选择(选填“A1”或“A2”);滑动变阻器选择(选填“R1”或“R2”,考点1,考点2,考点3,2)在实验过程中,该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,当电压达到1.23 V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70 V时,发现灯泡已过亮,便立即断开开关,并将所测数据记录在下面表格中。 请你根据实验数据在下图中作出灯泡的U-I图线。 (3)由图象得出该灯泡的额定电压应为 V;这一结果大于1.23 V,其原因是,考点1,考点2,考点3,解析: (1)根据P=I2R,估算灯泡的电流大约是600 mA,因此电流表应选A2;本实验要描绘出灯泡的U-I图线,需要测量多组数据,因此滑动变阻器应接成分压式,所以应选阻值较小的R1;小灯泡电阻不大,电流表应外接; (2)如图所示,3)由P=UI=0.75 W,再结合图象可知U额=2.5 V;大于1.23 V的原因是由于灯泡不工作时电阻小于正常工作时的电阻,考点1,考点2,考点3,答案: (1)电路原理图见解析,A2R1(2)见解析图 (3)2.5(2.42.6)灯泡不工作时电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大