第4课 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线(DOC)

第4课实验：描绘小电珠的伏安特性曲线一、实验目的1．描绘小电珠的伏安特性曲线．2．分析伏安特性曲线的变化规律．二、实验原理1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在UI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：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化．三、实验器材小电珠(3.8 V，0.3 A)或(2.5 V，0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．四、滑动变阻器的限流接法和分压接法1．两种接法比较.由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围很大，限流式接法较节能．2．两种接法的选择．(1)选择不同接法的原则⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧安全性原则⎩⎪⎨⎪⎧①不超量程②在允许通过的最大电流以内③电表、电源不接反方便性原则⎩⎪⎨⎪⎧便于调节便于读数经济性原则：损耗能量最小(2)两种接法的适用条件：限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．如果R x很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．R x很大时，分压式接法中R x几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．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)，则必须选用分压式接法．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、耗能低．五、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，按图中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．六、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)3．将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．七、误差分析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、作图带来操作误差．八、注意事项1．电路的连接方式：(1)电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V，0.3 A)的电阻很小，与0～0.6 A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：目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．2．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．3.IU图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差．4．电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8 V，0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V量程；若使用“2.5 V，0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V 量程．5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I 后马上断开开关．6．误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线．1．在描绘小灯泡的伏安特性曲线时，采用如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是(C)A．灯泡中灯丝已烧断B．滑片接触不良C．灯泡内部短路D．滑动变阻器A端接触不良解析：由图知，若电压表的电阻无穷大，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错．若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错．若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变，故D错．若灯泡内部短路则灯泡两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C.2.在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后(C)A．通过L1的电流为通过L2的电流的2倍B．L1的电阻为7.5 ΩC．L1消耗的电功率为0.75 WD．L2消耗的电功率为0.375 W解析：因电源内阻不计，S闭合后U L1＝3 V，U L2＝U L3＝1.5 V．在IU图象中，可以读出相应的电流I L1＝0.25 A，I L2＝I L3＝0.2 A，故A不对．由R＝UI知R L1＝12 Ω，故B不对，由P＝UI知P L1＝0.75 W，P L2＝0.3 W，故C正确，D错误．课时作业1．用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将如图所示实物连线成为实验电路．微安表μA(量程200 μA，内阻约200 Ω)；电压表V(量程3 V ，内阻约10 k Ω)；电阻R0(阻值约20 k Ω)；滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，额定电流1 A) ；电池组E(电动势3 V ，内阻不计)；开关S 及导线若干．解析：由于R V R 0＝0.5，R 0R A＝100，可以看出R 0≫R A ，故采用电流表内接法．因电阻R 0的阻值远远大于滑动变阻器的阻值，故采用分压接法．画出电路原理图如图所示．把实物与原理图结合起来完成连线，注意电压表、电流表的正、负接线柱，保证电流从正接线柱进从负接线柱出．连线如图所示．答案：见解析图2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中备有下列器材：A ．小灯泡(3.8 V ，1.5 W)B ．直流电源(电动势4.5 V ，内阻约0.4 Ω)C ．电流表(量程0～500 mA ，内阻约0.5 Ω)D ．电压表(量程0～5 V ，内阻约5 000 Ω)E ．滑动变阻器R 1(0～5 Ω，额定电流2 A)F ．滑动变阻器R 2(0～50 Ω，额定电流1 A)G ．开关一个，导线若干如果既要满足测量要求，又要使测量误差较小，应选择如图所示的四个电路中的____，应选用的滑动变阻器是____．解析：由于伏安特性曲线中的电压和电流均要从零开始测量，所以滑动变阻器应选用分压式，分压式接法适用于测量较大阻值电阻(与滑动变阻器的总电阻相比)，由于R 1<R L ，选用R 1时滑片移动时，电压变化明显，便于调节．又小灯泡的电阻约R L ＝9.6 Ω，R V R L ＞R L R A，所以安培表应该选用外接法．故应选用图丙所示电路．答案：丙 R 1(或E)3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6 V ，1.5 W ”的小灯泡、导线和开关外，还有：A ．直流电源6 V(内阻不计)B ．直流电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下)C ．直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)D ．直流电压表0～10 V(内阻约为15 k Ω)E ．滑动变阻器10 Ω，2 AF ．滑动变阻器1 k Ω，0.5 A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．(1)实验中电流表应选用____，滑动变阻器应选用____(均用序号表示)．(2)在方框内画出实验电路图．(3)试将如图所示器材连成实验电路．解析：由I 额＝1.56A ＝250 mA ，故选C.因要求电压从零开始变化，变阻器用分压接法，应选小阻值的E.答案：(1)C E(2)实验电路如图(3)实物图连线如图所示4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按如图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是____导线断路．(2)某同学测出电源和小灯泡的UI图线如图所示，将小灯泡和电阻R串联后接到电源上，要使电路中电流为1.0 A，则R＝__________Ω.(3)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图中的(a)、(b)、(c)所示，下列说法正确的是()A．a可以作为标准电阻使用B．b能作为标准电阻使用C．b的阻值随电压升高而增大D．c的阻值随电压升高而增大解析：(1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路．(2)由电源的UI图线知E＝3.0 V，r＝1 Ω，当小灯泡与电阻串联后，由闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋r＋R灯)，又由小灯泡的UI图线得R灯＝UI＝1.2 Ω，解得R＝0.8 Ω.(3)因a元件的IU图线是直线，说明其电阻不随电压的变化而变化，故可作为标准电阻，故A对，B错．b的阻值随电压升高而增大，c的阻值随电压升高而降低，故C对D错．答案：(1)g(2)0.8(3)AC5．现在要测量一只额定电压为U＝3 V的小灯泡L的额定功率P(约为0.3 W)．实验室备有如下器材：电流表(量程200 mA，内阻r 1＝10 Ω)电流表(量程300 mA，内阻约为几欧姆)定值电阻R(10 Ω)滑动变阻器R1(0～100 Ω，0.5 A)电源E(E＝5 V，r≈1 Ω)单刀开关一个、导线若干(1)设计出实验电路，画在下面的虚线框内．(2)按(1)中设计的电路图把如图中仪器连接起来．(3)写出主要的操作步骤：_______________________________________________________ ______________________________________________________.(4)实验中计算灯泡额定功率的表达式为_____________．(必须用题中给定的符号及你在(3)中设计的记录符号来表示)答案：(1)如图(a)所示(2)如图(b)所示(3)①按设计好的电路图连接好电路，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应移至阻值最大的位置．②闭合开关S，移动滑片P，使电流表的示数I1＝UR＋r1＝3 10＋10A＝150 mA，使小灯泡正常发光，同时记下此时电流表的示数I2.③断开开关S，拆除电路、整理仪器．(4)P＝U(I2－I1)。