实验八 描绘小灯泡伏安特性曲线

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，U—I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U—I曲线。三、实验器材1、实验器材除了小电珠、4---6V学生电源、开关、导线外还需要滑动变阻器、电压表、电流表、坐标纸；3、根据给出的描绘小灯炮的伏安特性曲线的步骤A、观察小电珠的额定电压值，并使学生把电源置于直流电压上B、按图连接好电路。让开关置于断开状态，滑动变阻器的滑片置于A端C、断开开关，拆卸电路，整理安装好器材。D、接通开关，然后缓慢地移动滑片，细心观察电压表，每当达到所选定的电压值时，即记下电流表的读数，直至达到小电珠的额定电压为止。E、在0到小电珠额定电压之间，选取你计划实验过程所用的电压值，共计`12个左右，填入表中F、进行数据处理，以电压做横坐标，以电流做纵坐标，在坐标纸上描点，做出小电珠的伏安特性曲线步骤正确排序是BAEDCFAVBA五、注意事项1、因本实验要作出I—U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变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I—U线时作图不准确造成的偶然误差。七、实验电路图例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I—U关系曲线图．（1）为了通过测量得到图1所示I—U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0－100Ω）（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＝250Ω．由热敏电阻的I—U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为____Ω．⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：__________解：⑴2；理由：从I—U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，调节范围较大（或图3中不能测量0值附近的数据）.⑵5.2；111.8（111.6～112.0均可为正确）。分析与计算：R1支路电流为I1=U/R1=36mA,R2支路电流为34mA，在I—U曲线上，34mA对应的电压大约为5.2V；热敏电阻Rt=5.2/0.034=152.9,Rt+R2=9/0.034=264.7，所以R2≈111.8.⑶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“220Ｖ40Ｗ”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２２０Ｖ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０~250Ｖ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？解：⑴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）（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“220Ｖ40Ｗ”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？⑵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110V，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，两灯消耗的总功率为48W。因此答案为48W±1W。例3、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管的特性，用如图所示的电路测定该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/mA002.04.012.022.032.042.052.060.0(1)请根据以上实验数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二极管的U—I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________Ω。解：（1）U—I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）；⑶103/3。例4、如图1的电路中R1=R2=100Ω，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:⑴当电键K断开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．⑵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）0.60A24W[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）0.46A12.4W[K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R1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95V＜100V;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=0.46×27W=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：⑴在图上画出I—U图线。⑵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发光情况不亮微亮逐渐变亮正常发光⑴在图上画出I—U图线。⑵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：⑴I—U图线如图2所示。⑵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：⑴U=220V时，IA=0.27A，∴RA=815;IB=0.18A，∴RB=1222。⑵图象横坐标为110V，对应的纵坐值IA=0.215A；IB=0.125A⑶串联后电压之和为220V，利用电流强度相等，寻找在相同纵坐标情况下，两电压之和为220V时两曲线的横坐标值。当I=0.15A时，UA=70V，UB=145V；取I=0.152A时，UA=72V,UB=148V。∴PA=11W；PB=22.5W。3．一个小灯泡的额定电压为6.3V，额定电流约为0.3A，用以下所给的实验器材描绘出小灯泡的伏安特性曲线，实验电路图所示。电源E1：电动势为8.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为0—10V，内阻约为10kΩ电流表A1：量程为0—3A，内阻约为0.1Ω;电流表A2：量程为0—300mA，内阻约为1Ω；滑动变阻器R：最大阻值10Ω，额定电流1.0A；开关S，导线若干。⑴依照实验电路图将图中的实物图连接成实验电路。⑵实验中电源应该选用；电流表应该选用。⑶实验测出的数据如下表所示，依照这些数据在图所示的坐标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。U/V00.50.81.01.21.52.0I/A00.050.080.100.120.140.16U/V2.53.04.05.06.06.3I/A0.180.200.230.250.270.27解：⑴实验原理和实和连线如图所示。⑵E1、A2⑶I—U曲线如图所示。4、一般情况下,金属导体的电阻会随着温度改变而改变.某同学为研究一小灯泡灯丝电阻与温度的关系,设计并完成了有关的实验。实验中用到了下列器材：待测小灯泡、15v直流稳压电源、滑动变阻器（最大阻值为30Ω、最大允许电流为1.0A）电压表（量程0-15V,内阻约15kΩ）、电流表（量程0-0.6A,内阻约0.13Ω）、开关一只及导线若干,实验中调节滑动变阻器,小灯泡两端的电压可从0V至额定电压范围内变化,从而测出小灯泡在不同电压下的电流，得到了下表中的实验数据：U/V00.751.381.802.303.24.3I/A00.040.070.090.120.150.18U/V5.06.17.28.310.312.0I/A0.190.210.220.230.250.26⑴请在右边框内画出为完成上述实验而设计的合理的电路图。⑵通过所测的数据可知，小灯泡的电阻随其两端所加电压的升高而_____（选填“增大”、“保持不变”或“减小”）。从而得到了灯丝电阻随温度变化的规律。⑶该小灯泡正常工作时的电阻值约为______Ω。（保留2位有效数字）（答案：⑴图略⑵增大⑶46）5、某同学选用一只标有“3.8V0.3A”的小灯泡，用电流表和电压表测量它在不同电压下的电流，从而计算出它在不同电压下的实际电阻值。根据实验数据画出的I-U图象如右.⑴从图象看出,电压越高，对应的实际电阻值越_____，这说明灯丝材料的电阻率随温度的升高而________。⑵若实验室提供的器材是：电动势为6V，内阻很小的铅蓄电池；量程0-0.6-3A的直流电流表；量程0-3-15V的直流电压表；最大阻值10Ω的滑动变阻器；一只电键和若干导线。⑴请画出正确的实验电路图；⑵并标出开始实验时所用的电表量程和滑动变阻器滑动触头的位置。解：⑴曲线上每一点和原点的连线的斜率的倒数表示该时刻对应的灯丝电阻。由图象可知随着电压的升高灯丝的电阻增大。这说明灯丝材料的电阻率随温度的升高而增大。⑵正常工作时灯丝的电阻才十几个欧姆，电压低时电阻更小，所以应作为小电阻处理，测量部分应该用外接法。灯丝两端的电压要求从零开始逐渐增大，所以供电部分必须采用分压电路。开始时电流表量程应选用0.6A，电压表量程应选用3V（快要超过3V时再改用15V量程），滑动变阻器滑动触头的位置应使灯丝两端分到的电压为零。电路略。6．(15分)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件.现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整.已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω.热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中