学生实验课堂实录

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线

复习回顾：

1.电流表的两种接法：内接法、外接法

2.滑动变阻器的两种接法：限流式、分压式

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1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。 图1 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2所示的电路原理图连接好实验电路。

图2 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：

2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。

34．测绘I­U(U­I)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。

例题讲解：

[例1] 使用理想电压表、电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得I­U图像如图3所示。已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 Ω，电源电动势为6 V，内阻不计。

(1)在右侧的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图。要求滑动变阻器的滑动片向右滑动时，灯泡的电压增大。

(2)根据I­U图像可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐________(选填“增大”或“减小”)，改变的阻值为________ Ω。

UI

图3 [即时训练1] ．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4所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好；

图4 (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。

[例2] 为了研究小灯泡的伏安特性曲线，现选用额定值为“3.0 V

0.4 A”的小灯泡进行实验，实验中除了电流表、电压表、开关、导线若干外，还需要________、________。

(1)根据所学的知识，回答下列问题：

实验中用两电表测量小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流时，电路怎样连接才能使测得的小灯泡电阻误差较小？为什么？

为使加在小灯泡两端的电压从零开始，且能在较大的范围内调节，滑动变阻器应怎样连接？在图5甲所示的方框内画出相关的电路图。

图5 (2)请根据你画的电路图，把图乙中的实验器材连成符合要求的实验电路。 图6 (3)为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用________V，电流表的量程应选用________A，为保证实验安全，测量范围不能超过________V和________A，开始做实验闭合开关前，应把P移到________端。

(4)若实验中测得通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压如下表所示，请在图6中画出I­U图线，该小灯泡的电阻有何特征？并分析其主要原因。

U/V

I/A

0.05

0.10

0.14

0.20

0.21

0.26

0.30

0.30

0.48

0.36

0.70

0.40

1.02

0.44

1.48

0.48

1.96

0.52

2.50 0.56

[即时训练2] ．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)。

[巩固练习]

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

C．滑动变阻器

B．电流表

D．多用电表

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7所示； 图7 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：_______________。

3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：

A．小灯泡：规格为“3.8 V,0.3 A”

B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω

C．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω

D．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩ

E．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A F．电池组：电动势6 V，内阻约为1 Ω

G．开关一只，导线若干

(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选________。(填器材代号) (2)根据你选用的实验电路，将图8中所示的器材连成实验电路。

图8 4．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，通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡的电流和电压)：

I(A)

U(V)

0.12

0.20

0.21

0.40

0.29

0.60

0.34

0.80

0.38

1.00

0.42

1.20

0.45

1.40

0.47

1.60

0.49

1.80

0.50 2.00 (1)在图9中画出小灯泡的U­I曲线；

(2)若小灯泡正常工作电压为1.5 V，求其正常工作时的电流。

图9