学生实验课时教案

实验

描绘小灯泡的伏安特性曲线

基本实验要求

1．实验原理

(1)测多组小灯泡的U、I，并绘出I－U图象；

(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．

2．实验器材

小灯泡“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

3．实验步骤

(1)画出电路图(如图甲)．

(2)将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示电路．

(3)测量与记录

移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．

(4)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在坐标纸上描出各组数据所对应的点．

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．

4．实验器材选取

(1)原则：①安全；②精确；③操作方便．

(2)具体要求

①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过

0.6 A. ②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．

③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．

1④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上．

3⑤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．

规律方法总结

1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

两种接法的电路图

负载R上电压的调节范围

负载R上电流的调节范围

2．两种接法的适用条件

(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．

(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．

3．注意事项

(1)电流表外接法：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接法：本实验要作出U－I图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压式接法．

(3)保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压．

4．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误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．

(2)测量时读数带来误差．

(3)在坐标纸上描点、作图带来误差. 课堂练习

考点一

对实验原理和电路设计的考查

例1

(2012·四川理综·22(2))某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L，规格“4.0 V

0.7 A”；

电流表A1，量程3 A，内阻约为0.1 Ω；

电流表A2，量程0.6 A，内阻r2＝0.2 Ω；

电压表V，量程3 V，内阻rV＝9 kΩ；

标准电阻R1，阻值1 Ω；

标准电阻R2，阻值3 kΩ；

滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω；

RE≤U≤E R＋R0EE≤I≤

RR＋R00≤U≤E

E0≤I≤

R

学生电源E，电动势6 V，内阻不计；

开关S及导线若干．

①甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46 A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为________Ω.

甲

乙

图1

②乙同学又设计了如图2所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________ V.

图2

图3

③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图3所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．

答案

①5

②4

③见解析图

U2.30解析

①电压表的示数U＝2.30 V，所以灯泡L的电阻RL＝＝

Ω＝5 Ω.

I0.46②由题图知电压表V与R2串联，根据串联分压，当电压表V的示数为3 V时，R2两端UV3的电压U2＝R2＝×3 000 V＝1 V，所以灯泡两端的电压U′＝UV＋U2＝(3＋1) VrV9 000＝4 V. ③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程应变为4.0 V，电流表的量程应变为0.7 A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装成量程为4.0 V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6 A＋虚线框内实验电路如图所示．

0.6×0.2

A＝0.72 A的电流表．故1

例2

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 Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝PR＝2×0.75 V＝1.22 V．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 kΩ) B．电流表A1(量程150 mA，内阻约2 Ω) C．电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 Ω) D．滑动变阻器R1(0～20 Ω) E．滑动变阻器R2(0～100 Ω) 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________(填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择________(填“R1”或“R2”)．

(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边表格中. 次数

U/V

I/mA

1

0.20

80

2

0.60

155

3

1.00

195

4

1.40

227

5

1.80

255

6

2.20

279

7 2.70 310 请你根据实验数据在图4中作出灯泡的U－I图线．

图4 (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________________________________________________________________________．

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的原因是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻．

答案

(1)电路原理图如图所示

A2

R1

(2)见解析图

(3)2.5(2.4～2.6)

灯泡冷态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) 答案

(1)A2

V1

R1

(2)如图所示

(3)减小

0.12