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1、高三实验复习：描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的及教学目标1、描绘小灯泡的伏安特性曲线；2、分析曲线的变化规律并得出结论；3、能根据题目给出的实验数据，正确描出实验曲线，并由此计算相关物理量； 能正确选择合适的仪表和器材，选择适的量程和进行正确的实物连路，4、能处理相关的拓展性的实验课题；能够根据伏安特性曲线求出功率或导体电 阻大小。二、实验原理 在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路 中，由于各种因素的影响，UI图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电 压U和电流I,然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出UI曲线。三、实验器材小灯泡、4V6V学生电源、滑动
2、变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。四、实验步骤1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理 电路图连接好实验电路图。2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的 A 端, 电路经检查无误后，闭合电键 S。3、改变滑动变阻器滑动片的位置，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，断开电键S；4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I,横轴表示电压U,用平滑 曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。5、拆去实验线路，整理好实验器材。五、注意事项1、因本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此, 变
3、阻器要采用分压接法；2、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压 表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使 电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出 的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。六、误差分析1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的 I 值比真实值偏 大；2、描绘IU线时作图不准确造成的偶然误差。七、实验电路图fcAB例
4、1（ 03 上海）、如图所示中的图 1 为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改 变，且对温度很敏感）的 IU 关系曲线图（1）为了通过测量得到图1所示IU关系的完整曲线，在图2、图3两个电路中应选择的是图 ;简要说明理由：（电源电动势为9V,内阻不计，滑线变阻器的阻值为0100 Q ）（2）在图4电路中，电源电压恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻R1 = 250Q 由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为Q 举出一个可以应用热敏电阻的例子：A/(mA) 解：2 ；理由：从IU图象看，电流与电压均从零值开始，图2中的电压可 以从 0 调到所需的电压，调节范围较
5、大(或图 3 中不能测量 0 值附近的数据).热敏电阻(2)5.2 ； 111.8 (111.6112.0均可为正确)。分析与计算：R支路电流为人=U冬 =36mA, R2支路电流为34mA,在IU曲线上，34mA对应的电压大约为5.2V； 热敏电阻 Rt= 5.2 /0.034 =152.90, Rt+R2 = 9/0.034 =264.70，所以 R2 宀 111.80. 热敏温度计(提出其它实例，只要合理就给分)例2、为了测定和描绘“220V 40W”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调 压变压器供电。调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈L,绕在闭合的 环形铁心上，输入端接在2
6、2 0 V交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动 触头P,移动它的位置，就可以使输出电压在0250V之间连续变化，左图画出 的是调压变压器的电路图符号。实验室内备有交流电压表交流电流表滑动变 阻器开关导线等实验器材。(1) 在左图中完成实验电路图。(2) 说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压 较高段与电压较低段相比较，哪段的误差更大？为什么？(3) 如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如右图所示，试根据图线确定，把 两个完全相同的“220V 40W”白炽电灯串联在220V交流电源的火线与零线间， 这两只电灯消耗的总电功率是多大？火线零线0.50*0 40调压变压器D
7、-2A|丄I】H mi 0Ml 川川50 1Q0 150 200 250解：如图所示。开关应安在火线一边，否则应适当扣分。火线与公共端相连 的可不扣分。电流表外接与内接都可以。(本题电源输出电压可调，因此用不着 滑动变阻器)火线3零线调压变压器 如果采用电流表外接的，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越 大，由于电压表分流而造成的误差越大；如果采用电流表内接的，电压较低段误 差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大。(3)两个相同电灯串联在 电路中，每个灯两端的电压都是110 V,在图像上找 到电压为110V时的电流值是0.22A，每一个灯消耗的功率约为24W,
8、两灯消耗 的总功率为 48W 。因此答案为 48 W1W。例3(04 上海)、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/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1) 在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻 器(变化范围010Q电源、小灯泡、电键、导线若干.(2) 在右图中画出小煤泡的UI曲线.(3) 如果某一电池的电动势是1.5V,内阻是2.0Q .问:将本题
9、中的灯泡接在该电池 两端,小灯泡的实际功率是多少?(简要写出求解过程;若需作图,可直接画在第(2) 小题的方格图中)解：(1)见下图; (2)见下图(3)作出U=EIr图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80 伏, 因此小灯泡实际功率为 0.28 瓦例4、使用如图1 所示的器材测定小灯泡在不同电压下的电功率，并且作出小灯 泡的电功率与它两端电压的平方的关系曲线.已知小灯泡上标有6V , 3W”字样, 电源是3个铅蓄电池串联组成的电池组,滑动变阻器的规格是5 Q 2A”.要求：把图1中实物连成实验电路；图 2 的 4 个图象中哪个可能是正确的？简单说明理由图1解：变阻器通常用来控
10、制电路中的电流或电压,可以有限流与分压两种接法,根 据题意,灯泡电阻约为 R= 62 /3Q= 12Q ,若采用限流,即使变阻器阻值用到最 大,灯泡电压最小值可达 4V 左右,其电压调节,范围约在 4V6V 间,显然不 宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线而采用分压接法则灯泡 两端电压变化范围为 0V6V 间,便于选取数据作相应图线,至于电压表与电流 表采用内接、外接，题目未给表的内阻，但实验学生用表在电阻为10Q左右时, 内、外接表误差差别不大，本题不作要求，连线时应注意量程选择与表+”、一” 接线柱接法，接线如图 3图2中所绘图线，由横、纵坐标可知为P U2图线，小灯泡在点亮时
11、灯丝温度 可高达上千摄氏度随电压升高，灯丝温度升高，相应电阻率增大，电阻增大， 与相应电阻不变时的功率相比要减少，或者说由 P =U2/R 可 知，该图线斜率为1/R ，随 P 增大， R 增大，斜率减小，因此 D 图可能正确，而 B 图对应斜率不例4的实物连线图L 、究某种二极管的特性，用如图所示的电路测定该例5、电子技术兴趣小元件的伏安特性曲线。实验发现当电源反接时，电路中无电流，当正向电压较小 时也无电流，记录的部分数据如下表。U/V1.41.51.71.92.02.12.22.32.42.5I/niA002.04.012.022.032.042.052.060.0(1) 请根据以上实验
12、数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二极管的 UI 图 线；(2) 若加在该二极管两端的正向电压达到1.9V后才能正常工作，则从图线可以看 出这种二极管正常工作前后的导电情况有何区别？(3) 若电源的电动势为6V,内阻不计。当电流表示数为12.0mA时,滑动变阻器接入电路的电阻为Q。解：（1） uI图象如图所示；（ 2 ）正常工作前导电性能差（或电阻大），正常工作后导电性能好（或电阻小）； 103 /3 。例6、如图1的电路中R1=R2=100Q，是阻值不随温度而变的定值电阻.白炽 灯泡L的伏安特性曲线如图2所示.电源电动势E=100V,内阻不计，求：当电键K断开时灯泡两端的电压和通过灯泡的电
13、流以及灯泡的实际电功率. 当电键闭合时，灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率.解：（1） 0.60A 24W K 断开时，灯泡跟 R1 串联，电流相等，而且灯泡与 R1 的电压之和等于 100V。结合灯泡的伏安特性曲线，灯泡电压为40V时，其电流大约是0.6A, R1分压 60V,且为定值电阻，所以电流也为0.6A。（2） 0.46A 12. 4WK闭合后，灯泡与R2并联，分压一定小于40V；当Ul=30V时,IL = 0.50A,通过R的电流为0.80A, R1分压80V，则总电压等于 110V;当UL= 25V时,IL大约0.45A,则总电流为0.70A,总电压为95VV10
14、0V;所以，取 Ul=27V,则 IL大约 0.46A，则总电流 I = 0.46 + 0.27 = 0.73A, R1 分压 73V,总电压恰好100V。灯泡消耗电功率Pl=UlIl = 0.46 X27 W =12.4W八、课后练习1、某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和I的数据：求：在图上画出Iu图线。从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是这表明导体的电阻随温度升高而。编号12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205发光情况不兄微鳧逐渐变兄正常发光在图上画出Iu图线。从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是这表明导体的电阻随温度升高而。解：IU图线如图2所示。先不变，后逐渐增大；增大。2、两盏额定电压均为220V的白炽灯A、B的伏安特性曲线如图所示，试求:(1) 两盏灯正常发光时的电阻；(2) 将它们并联后接在110V的电源上时通过两灯的电流；(3) 将它们串联后接在220V的电源上时两灯的实际功率分别是多少？解：（l）U=220V 时，IA= 0.27A, :. RA = 815 ;BI= 0.18A .RB = 1222。图象横坐标为110V，对应的纵
