描绘小灯泡的伏安特性曲线剖析

实验六描绘小灯泡的伏安特性曲线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(U，I)值，在I-U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来2.电流表外接：因为小灯泡的电阻很小，如果电流表内接，误差较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从0开始连续变化3.滑动变阻器两种接法的对比方式内容限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大0RERR负载R上电流调节范围0≤I≤分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件0EEIRRRER方式内容限流接法分压接法对比说明4.分压和限流电路的选择原则(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式电路.(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压式电路.(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路.(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低.小灯泡(“4V0.7A”或“3.8V0.3A”)、4～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、铅笔.一、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12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.4.拆除电路，整理仪器.U(V)00.20.40.60.81.01.21.6I(A)U(V)2.02.42.83.23.63.8I(A)二、数据处理1.在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点.(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)【锦囊妙诀】电路连接是关键，先串后并把线连，滑动变阻要分压，A表外接减误差，电压从零开始变，I-U坐标连曲线，要对图线细研究，得出规律记心间.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1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差2.电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数3.在坐标纸上描点、作图带来误差1.电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：因为小灯泡(3.8V0.3A)的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大.(2)滑动变阻器应采用分压式连接，目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化.2.闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端，从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而被烧坏3.I-U图线在U=1.0V左右将发生明显弯曲，故在U=1.0V左右要多测几组数据，以防出现很大误差4.电流表选择0.6A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定5.调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压缓慢增加到额定值，记录I后马上断开开关6.误差较大的点要舍去，I-U应是平滑曲线而非折线7.建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸一种测小灯泡的电阻的准确方法实验原理：如图所示，两个电压表完全相同且内阻很大.移动滑动头，调节电阻箱的示数，使两个电压表示数相同，则电阻箱的读数即为小灯泡电阻，记下小灯泡的电阻和电压；多次移动滑动头，采用相同方法，记下相应电阻箱示数和电压表的读数.在坐标纸上画出R-U图线，并分析R随U变化的规律.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，由于电表内阻的影响，会产生系统误差使得小灯泡的电阻测量不准确.但上述实验方法可以消除这种误差，操作、读数也较方便.电路的连接和图线的描绘【例证1】(2011·广东高考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5V,0.6W)，滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干.(1)粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻挡(请填写“×1”、“×10”或“×100”)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲，结果为_____Ω.(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线.(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于_____端，为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动.(4)如表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点_____间多测几组数据(请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”).数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244【规范解答】(1)因为小电珠的电阻比较小，故应该选“×1”倍率，由题图读得电阻为7.5Ω.(2)因为小电珠的电阻比较小，故伏安法测量时应该用电流表外接法，测量的电压应该从零开始，故滑动变阻器要用分压式接法，实物连接如图所示.(3)开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加，应使滑片从中点向b端滑动.(4)ab之间电流增加了0.122A，其他段电流依次增加了0.03A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值.答案：(1)×17.5(2)见规范解答图(3)ab(4)ab图象的推广和应用【例证2】某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值.(1)将电阻箱接入a、b之间，闭合开关，适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变.改变电阻箱的阻值R，得到几组电压表的示数U与R的数据如表：电阻R/Ω5.010.015.025.035.045.0电压U/V1.001.501.802.142.322.45请根据实验数据作出U-R关系图象.(2)用待测电阻Rx替换电阻箱，读得电压表示数为2.00V.利用(1)中测绘的U-R图象可得Rx=______Ω.【规范解答】(1)先以实验得到的每一组(R，U)数据描点，然后用平滑的曲线连接以上描点，得到U-R图线如下：(2)对照U-R图线，找到图线上U=2.00V点，读出其对应的Rx=20Ω.(19～21Ω也可以)答案：(1)见规范解答(2)201.为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是图中的()【解析】选C.小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高，导致电阻R增大，所以U-I图线的斜率增大,故C项正确.2.如图所示为伏安法测电阻的一种常用电路，以下分析正确的是()A.此接法的测量值大于真实值B.此接法的测量值小于真实值C.此接法要求待测电阻值小于电流表内阻D.开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最右端【解析】选A.由,故A正确，B错误；电流表内接法，要求RRA,故C错误；开始实验时滑动变阻器滑动头应在最左端，使电压表读数由小到大变化，故D错误.AURRRI侧真3.(2012·宁波模拟)用伏安法测量金属丝的电阻(阻值在4～8Ω之间)，现提供图甲所示的实验器材.实验要求获得多组数据，且金属丝上所加的电压须从零开始.(1)请在图甲中选择必要的器材，并进行连线.(2)某次实验测量时，两表均选用小量程,表面刻度及指针如图乙所示，则该金属丝的电阻值为______.【解析】(1)如图(2)电压表读数U=2.30V,电流表读数I=0.46A，根据R=，金属丝电阻R=5.0Ω.答案:(1)见解析(2)5.0ΩUI4.(2012·泰州模拟)有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特性曲线,器材如下:电压表V(0～5V,内阻约10kΩ)电流表A(0～0.6A,内阻约0.4Ω)滑动变阻器R(0～10Ω,2A)学生电源(直流6V)、开关及导线(1)为使实验误差尽量减小,要求从零开始多取几组数据,请在下面的方框中画出实验电路图.(2)某同学通过实验得到的数据画出了该灯泡的伏安特性曲线,如图所示,若用电动势为4.0V、内阻为8Ω的电源直接给该小灯泡供电,则该小灯泡的实际功率是______W.(保留两位有效数字)(3)P为图中图线上的一点,PN为图线上P点的切线、PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,下列说法中正确的是______A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大B.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻减小C.对应P点,小灯泡的电阻约为5.33ΩD.对应P点,小灯泡的电阻约为24.0Ω【解析】(1)正常发光时,灯泡的电阻由于故应采用电流表外接法,要求从零开始多取几组数据,必须采用滑动变阻器分压式连接,电路图如图所示.2UR8,P灯VARR,RR灯灯(2)由E=U+Ir可得:将E=4.0V,r=8Ω代入上式,在I-U图线中作出I=图线,读出其与灯泡的伏安特性曲线交点的坐标,为(1.2V,0.35A),故小灯泡的功率为P=UI=0.42W.(3)随电压的增大,灯泡的电阻在增大,A正确,B错误;对应P点,小灯泡的阻值为=5.33Ω.C正确,D错误.答案:(1)见解析(2)0.42(±0.02)(3)A、CE1IU.rr11 U282.4R0.45灯5.(2012·泰州模拟)发光二极管在生产和生活中得到了广泛应用.图甲是一种发光二极管的实物图,正常使用时,带“+”号的一端接高电势，带“-”号的一端接低电势.某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端电压U和通过它的电流I的数据如表所示：U/V00.400.801.201.602.002.402.80I/mA00.92.34.36.812.019.030.0(1)实验室提供的器材如下：A.电压表(量程0～3V，内阻约10kΩ)B.电压表(量程0～15V，内阻约25kΩ)C.电流表(量程0～50mA,内阻约50Ω)D.电流表(量程0～0.6A，内阻约1Ω)E.滑动变阻器(阻值范围0～10Ω，允许最大电流3A)F.电源(电动势6V，内阻不计)G.开关，导线该同学做实验时，电压表选用的是______，电流表选用的是_______(填选项字母).(2)请在图乙中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整.(3)根据表中数据，在图丙所示的坐标纸中画出该发光二极管的伏安特性曲线.(4)若此发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将此发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R=_______Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态(结果保留三位有效数字).【解析】(1)由U、I表中数据可以看出，电压表示数最大为2.80V，电流表示数最大为30mA，故电压表选用A，电流表选用C.(2)因应采用电流表外接方式，由表中数据可知，要使电压表示数从0开始调节，滑动变阻器应采用分压式连接方式，如图所示.(3)伏安特性曲线如图所示.VxxARRRR＞(4)由U-I图线可知，I=10mA时，二极管两端电压为1.82V,故R==118Ω.答案:(1)AC(2)见解析图(3)见解析图(4)118(110～120均可)EUI6.为测量“12V5W”的小灯泡在不同电压下的功率，给定了以下器材：电源：12V，内阻不计；电流表：量程0～0.6A、0～3A，内阻约为0.2Ω电压表：量程0～3V、0～15V，内阻约为15kΩ滑动变阻器：0～20Ω，允许最大电流1A；开关一个，导线若干，实验要求加在小灯泡上的电压可从0开始调节.(1)以上四个电路图你认为最合适的是______.(2)在本实验中，电流