实验测绘小灯泡的伏安特性曲线
实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
[学习目标] 1.理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法，能进行正确地应用.3.学会描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法.
一、电流表的内接法和外接法的比较
1.两种接法的比较
2.
(1)直接比较法：当R x R A时，采用内接法，当R x R V时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”.
(2)公式计算法
当R x＞R A R V时，用电流表内接法，
当R x＜R A R V时，用电流表外接法，
当R x＝R A R V时，两种接法效果相同.
(3)试触法：
图1
如图1，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法.
二、滑动变阻器两种接法的比较
1.实验原理
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，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图2所示.
图2
2.实验器材
学生电源(4～6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V0.7 A”或“3.8 V0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.
3.实验步骤
(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图3所示的电路图连接好实物图.(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)
(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.
(3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表.
(4)
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)在坐标纸中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.
5.实验结果与数据分析
(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线.
(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化.曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大.
6.注意事项
(1)因I－U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法.
(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法.
(3)画I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去.
一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
例1有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线.现有下列器材供选择：
A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)
C.电流表(0～3 A，内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图3________(选填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验，请说明理由：
________________________________________________________________________.
图3
(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).
(3)请根据(1)中所选电路，把图4中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.
图4
答案(1)甲描绘小灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据
(2)A D E(3)如图所示
解析因实验目的是要测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，故采用题图甲所示的分压式电路合适，这样小灯泡两端的电压可以从零开始调节，且能方便地测出多组数据.因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0～5 V的A，而舍弃0～15 V的B，因15 V的量程太大，读数误差大.小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表应选D.滑动变阻器F 的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线
＝20倍，电压表内阻是小灯泡性关系差，故舍去，则应选E.小灯泡电阻为电流表内阻的8
0.4
电阻的10×103
＝1 250倍，故电流表采用了外接法.
8
二、实验数据的处理
例2图5甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V.
图5
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.
(2)完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器的最________(选填“左”或“右”)端；
②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压；
③记录如下8组U和I的数据，断开开关.根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.
编号12345678
U/V0.200.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00
I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小灯泡发
不亮微亮逐渐变亮正常发光光情况
①从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是___________________.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而________.
③小灯泡正常工作时的电阻约为________.(保留到小数点后一位)
答案(1)见解析图(2)①左③见解析图
(3)①先不变，后逐渐增大②增大③14.6 Ω
解析(1)与实物电路相对应的电路图如图所示.
(2)①为保护电路安全，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.
③根据表格中的数据，画出小灯泡的I－U图线如图所示.
(3)①从图线上可以得知，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而增大.
③根据I－U图线可得电压U＝3 V时，I＝0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R＝3
0.205Ω≈14.6 Ω.
1.首先要根据表中数据选择合适的标度；
2.描点后用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去.
1.在图6中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确的是()
图6
A.甲图的接法叫电流表外接法，乙图的接法叫电流表内接法
B.甲中R测>R真，乙中R测 C.甲中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应使RR V，故此法测较小电阻好 D.乙中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使RR A，故此法测较大电阻好 答案B 解析题图甲叫做电流表的外接法，题图乙叫做电流表的内接法，A正确；题图甲由于电压 可知，R测＜R真；R越小，电压表分流越小，误差表的分流导致电流的测量值偏大，由R＝U I 越小，因此这种接法适合测小电阻；题图乙由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大.由R ＝U 得R测＞R真，R越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，I B错误，C、D正确；故选B. 2.在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，所用器材有：小灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、开关S等，要求小灯泡两端电压从0开始变化. (1)实验中滑动变阻器应采用____________接法(填“分压”或“限流”). (2)某同学已连接如图7所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正. 图7 ①________________________________________________________________________. ②________________________________________________________________________. 答案(1)分压(2)①开关S不应闭合，应处于断开状态 ②滑动变阻器滑动触头P位置不当，应将其置于b端 1.有一未知电阻R x，为较准确地测出其阻值，先后用图1中甲、乙两种电路进行测试，利用甲图测得的数据是“ 2.8 V 5.0 mA”，而用乙图测得的数据是“ 3.0 V 4.0 mA”，那么该电阻测得的较为准确的情况是() 图1 A.560 Ω，偏大 B.560 Ω，偏小 C.750 Ω，偏小 D.750 Ω，偏大 答案D 解析 由于????ΔU U ＝??????2.8－3.02.8＜????ΔI I ＝?????? 5.0－4.05.0，即电流表的变化大，电压表的分流作用大，根据试触法的原则，可知用电流表内接法比较准确，用题图乙电路，此时电阻为R ＝U I ＝ 3.0 V 4.0×10－3A ＝750 Ω.在电流表的内接法中，测量值大于真实值，故选D. 2.要测绘一个标有“3 V 0.6 W ”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V ，并便于操作.已选用的器材有： 电池组(电动势为4.5 V)； 电流表(量程为0～250 mA ，内阻约5 Ω)； 电压表(量程为0～3 V ，内阻约3 kΩ)； 开关一个、导线若干. (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号). A.滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A) B.滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列图中的________(填字母代号). 答案 (1)A (2)B 解析 (1) 根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V ，并便于操作”可知控制电路必定为“分压电路”，而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器，故选A. (2)在(1)中已经明确了控制电路，然后要选择电流表的接法，题中R x R A ＝155＝3，而R V R x ＝3 00015＝ 200，可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显，故而应选择电流表的外接法，综上可知电路图应选用图B. 3.图2是小组同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图. 图2 图3 (1)根据图2在虚线框中画出实验电路图； (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图3中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A ，电压表量程为3 V.所示读数为：①________、②________、③________、④__________.两组数据得到的电阻分别为________和________. 答案 见解析 解析 (1)由实物连接图可知电路图如图所示. (2)电流表量程为0.6 A 时，最小刻度为0.02 A ，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10 A ，②表示数为0.24 A ；电压表量程为3 V ，最小刻度为0.1 V ，应估读到0.01 V ，所以③表示数为2.00 V ，④表示数为0.28 V ，根据欧姆定律R 1＝U 1I 1＝2.00 V 0.24 A ≈8.3 Ω，R 2＝U 2I 2＝0.28 0.10 Ω ＝2.8 Ω. 4.“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，提供的实验器材有： A.小灯泡(额定电压为3.8 V ，额定电流约为0.3 A) B.电流表A(0～0.6 A ，内阻约为0.5 Ω) C.电压表V(0～6 V ，内阻约为5 kΩ) D.滑动变阻器R 1(0～10 Ω，2 A) E.滑动变阻器R 2(0～100 Ω，0.2 A) F.电源(6 V ，内阻不计) G.开关及导线若干 (1)实验中滑动变阻器选________(填“R 1”或“R 2”). (2)该同学设计了实验测量电路，通过改变滑动变阻器滑片的位置，使电流表的读数从零开始变化，记录多组电压表的读数U 和电流表的读数I .请在图4甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整. 图4 (3)该同学根据实验数据作出了如图乙所示的U －I 图像，根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而________(填“增大”、“减小”或“不变”). 答案 (1)R 1 (2)如图所示 (3)增大 解析 “测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应该设计成分压电路，滑动变阻器选择阻值范围小的R 1.由于小灯泡电阻小，采用电流表外接法.根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大. 5.在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V 的电源，额定电压为2.5 V 的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线.要求能测出尽可能多组数据，如图5是没有连接完的实物电路.(已连接好的导线有a 、b 、c 、d 、e 、f 六根) 图5 (1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整； (2)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P ，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是 ________________________________________________________________________； (3)排除故障后闭合开关，移动滑片P 到某处，电压表的示数为2.2 V ，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P 向________端滑动(选填“左”或“右”)； (4)图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_______________________________________.答案(1)连线如图 (2)c段导线断路或灯泡灯丝断了 (3)右 (4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大 解析(1)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求滑动变阻器使用分压式接法，这样能使小灯泡两端的电压从零开始逐渐增大，小灯泡电阻与电流表内阻往往相差不大，而且由于实物图中已经将电压表负极与电流表和灯泡的左端连接好，只能将电压表与灯泡直接并联，采用电流表的外接法，这样误差较小. (2)由于整个电路分成两条支路，电压表这条支路无故障，而灯泡这个支路出故障，只能是灯泡的灯丝断了或c段导线断路所致，导致电压表直接接入干路，电阻过大，滑动变阻器无法控制电流，电流表几乎不偏转. (3)小灯泡的额定电压为2.5 V，要增大电压必须调节滑动变阻器，让滑动变阻器与小灯泡并联部分的电压增大，所以P要向右滑动. (4)从伏安特性曲线可以看出，电压升高时，电压表示数与电流表示数的比值增大，故曲线说明了灯丝的电阻随着温度升高而增大.