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1、浙江专用浙江专用 物理物理第5讲实验八:测绘小灯泡的伏安特性曲线实验目的实验目的1.描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。3.学会仪器的选取和简单电路的设计。知识梳理知识梳理实验原理实验原理1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(I,U)值,在I-U坐标系中描出各数值对应的点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来。2.因为本实验中小灯泡电阻很小,电流表电阻也很小,所以电流表采用外接法。3.为得到小灯泡完整的伏安特性曲线,让小灯泡上的电压从0开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式接法。实验器材实验器材小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生低压直流
2、电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。实验步骤实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按如图所示的原理图连接好实验电路。2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。3.移动滑动变阻器滑片位置,测出多组不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。4.在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。在坐标纸上描出各组数据所对应的点,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。5.拆除电路、整理仪器。注意事项注意事项1.实验前应先检查电压表、电流表是否指零,不指零时要调零。2.电流表应采用外
3、接法,滑动变阻器采用分压接法。3.闭合开关S前,滑动变阻器触头应移到使小灯泡两端的电压为0的一端,可以使开关闭合时小灯泡电压从0开始变化,同时也可防止开关刚闭合时小灯泡两端电压因过大而烧断灯丝。4.保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加到额定值,记录I、U后马上断开开关。5.画I-U图线时纵轴和横轴的标度要适中,使所描图线占据整个坐标纸为宜,不要画成折线,用平滑曲线连接时,如果有个别偏离较远的点应该舍弃。误差分析误差分析1.系统误差:在实验时未考虑电压表的分流作用,造成电流表读数比灯泡中的真实电流大。2.偶然误差:在电压表和电流表读数时会造成偏差,另外作图不准确也会造成偶然误差,所以要多测几组数
4、据以减小偶然误差。1.某同学测绘标有“2.5V1.2W”小灯泡的电功率随电压变化的图像,要使小灯泡两端电压从0开始连续变化,为了使测量尽可能准确,除了导线和开关外,可供选择的仪器还有:A.电流表:量程00.6A,内阻约为1B.电流表:量程03A,内阻约为2C.电压表:量程03V,内阻约为2kD.电压表:量程015V,内阻约为45kE.滑动变阻器:阻值范围010,额定电流2AF.电池组:电动势6V,内阻约为1(1)选用的电流表代号为;电压表代号为。(2)用笔画线当导线,将图中的实物连成所需电路。1.答案(1)AC(2)见解析图解析(1)根据小灯泡的额定电压和额定功率可得小灯泡的额定电流为0.48
5、A,故电流表选A。小灯泡的额定电压为2.5V,故电压表选C。(2)小灯泡的电阻较小,故采用电流表外接法,题目要求小灯泡两端的电压从0开始连续变化,故滑动变阻器采用分压式接法,实物图如图所示。2.有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样,现要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线,现有下列器材供选用:A.电压表(05V,内阻10k)B.电压表(015V,内阻20k)C.电流表(03A,内阻0.4)D.电流表(00.6A,内阻1)E.滑动变阻器(最大阻值为10,允许最大电流为2A)F.滑动变阻器(最大阻值为500,允许最大电流为1A)G.学生电源(直流6V)、开关、导线若干(1)实验时,选用图甲而不选图乙
6、所示的电路图来完成实验,其理由是:。(2)实验中所用电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用。(用序号字母表示)2.答案(1)描绘小灯泡的I-U图线所测数据需从零开始,并需要多取几组数据(2)ADE解析(1)因实验目的是描绘小灯泡的伏安特性曲线,需要多次改变小灯泡两端的电压,故采用甲图所示的分压式电路合适,这样电压可以从零开始调节,且能方便地测多组数据。(2)因为小灯泡额定电压为4V,015V的量程太大,读数误差大,所以电压表选05V的A;小灯泡的额定电流I=0.5A,则电流表选D;滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8,调节不方便,故应选滑动变阻器E。3.如图为某同学“测绘小灯泡伏安特
7、性曲线”的实验电路,小灯泡规格为“3.8V0.3A”,各元件均能正常工作。(1)该同学按图示连接,两电表都有示数,但电压表示数无法调节到零。由实物连接图可知,连接电路时有问题的器材是(请选择器材编号);A.电压表B.小灯泡C.滑动变阻器D.开关(2)请在方框中画出能解决(1)中所存在问题的实验电路图;(3)解决(1)中问题后,该同学通过实验测得以下数据,请你据此作出小灯泡电压随电流变化的曲线。实验次数物理量1234567U/V00.100.300.601.201.802.40I/A00.050.080.100.130.160.18答案(1)C(2)电路图见解析(3)图像见解析解析(1)由实物电
8、路图可知,滑动变阻器采用限流接法,因此电压表示数无法调节到零,即滑动变阻器连接错误,故选C。(2)滑动变阻器采用分压接法,实验电路图如图所示。(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出图像如图所示。典例典例1在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,实验室提供了如下器材:A.小灯泡(3V,1.5W)B.电压表(量程3V,内阻20k)C.电压表(量程15V,内阻50k)D.电流表(量程3A,内阻0.2)E.电流表(量程0.6A,内阻1)F.滑动变阻器(0100,0.5A)G.滑动变阻器(010,2A)H.学生电源(电动势4V,内阻不计)I.开关及导线若干典例剖析典例剖析实验中要求小灯泡
9、上的电压从零开始调节且在不超过小灯泡额定电压的情况下尽可能精确测量多组对应的U、I值,则:(1)上述器材中电压表应选择;电流表应选择;滑动变阻器应选择。(用器材前面的字母代号表示)(2)在下面的方框中画出实验的电路图并在实物图中连线。(注意:实物图中连线不允许交叉)(2)由于R,电流表应选用外接法。实验中要求小灯泡上的电压从零开始调节,且在不超过小灯泡额定电压的情况下尽可能精确测量多组对应的U、I值,滑动变阻器应选择分压接法。答案(1)BEG(2)电路图和实物连线图如图所示解析(1)小灯泡额定电压为3V,额定功率为1.5W,即额定电流为0.5A,所以电压表应选择B,电流表应选E。小灯泡正常工作
10、时的电阻为6,为了便于调节,滑动变阻器选用G。典例典例2某同学为了描绘一个标有“12V,6W”的小灯泡的伏安特性曲线,他到实验室寻找到了一些仪器,但没有找到电压表,找到的器材规格如下:A.电流表A1(00.5A,内阻为0.5)B.电流表A2(00.6A,内阻约为0.3)C.电阻箱R1(09999.9,最小调节量为0.1)D.电阻箱R2(099.9,最小调节量为0.1)E.滑动变阻器R3(050,额定电流为1.5A)F.滑动变阻器R4(05,额定电流为3A)G.16V直流电源H.开关、导线若干,待测灯泡利用现有器材,结合所学知识,请你替这位同学设计本实验。(1)画出实验原理图;(2)以上器材中电阻箱应选用,滑动变阻器应选用(填代号)。(3)写出小灯泡两端电压的表达式,并说明式中符号的意义:U=。解析因没有电压表,可以利用电阻箱和电流表来间接求电压,选择的电阻箱阻值要大。对滑动变阻器的选择,因要作伏安特性曲线,电压要从零开始,用分压式接法,阻值选小的。灯泡和电阻箱并联,测出流过灯泡的电流,测出总电流,就可以算出流过电阻箱的电流,从而算出灯泡两端的电压。答案(1)如图所示(2)R1R4(3)(I2-I1)R1-I1RA1,I1、I2分别是A1、A2的读数,R1是电阻箱R1的示数,RA1是A1的阻值
