1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线 【实验目的】1.掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式。2.掌握伏安特性曲线的描绘方法。3.理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线。【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：因为小电珠的电阻较小，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。3.滑动变阻器：(1)两种接法对比。比较内容两种接法 限流接法分压接法电路图(图中R为负载电阻，R0为滑动变阻器)比较内容两种接法 限流接法分压接法闭合开关前滑片位
2、置滑动触头在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大滑动触头在最左端，即开始时R上分得的电压为零负载两端的电压调节范围 UU0U0URRR 比较内容两种接法 限流接法分压接法通过负载的电流调节范围 接线情况用到滑动变阻器一上一下两个接线柱用到滑动变阻器两下一上三个接线柱0UURRRU0R(2)方法选择。通常滑动变阻器以限流式为主，但遇到下述三种情况时必须采用分压式。当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须选用分压接法。若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过负载电阻或电表的额定值时，只能采用分压接法。要求回路中某部分电路
3、的电流或电压实现从零开始连续调节时(如测定导体的伏安特性，校对改装后的电表等)，即大范围内测量时，必须采用分压接法。【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(03 V15 V)与电流表(00.6 A3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 )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。【实验过程】1.电路连接：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.开关闭合：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.数据测量：移动滑动变阻器滑片位置，
4、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。【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。【误差分析】1.系统误差：由于采用的是电流表外接法，电流表的测量值大于小电珠电流的真实值。2.偶然误差：(1)电压表、电流表读数时存在误差。(2)在坐标纸上描点、作图时存在误差。【注意事项】(1)电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电。干电池中电流一般不允许超过0.6 A。(2)电压表或
5、电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。(3)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能从零开始变化，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。(4)I-U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。(5)电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上。(6)从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与 待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小 阻值的滑动变阻器。13热点一 教材原型实验【典例1】(2019襄阳模拟)物理兴趣小组的同学们从 实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值
6、为0.75 W，额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该小灯泡的电阻约为2 ，然后根据公式计算出该小灯泡的额定电压U=PR V=1.22 V。他们怀疑所得电压值不准确，于 是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过小灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数 据来绘制小灯泡的U-I图线，进而分析小灯泡的额定电 压。0.75 2A.电压表V(量程3 V，内阻约3 k)B.电流表A1(量程150 mA，内阻约2 )C.电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 )D.滑动变阻器R1(020 )E.滑动变阻器R2(0100 )F.电源E(电动势4.0 V，内阻不计
7、)G.开关S和导线若干 H.待测小灯泡L(额定功率0.75 W，额定电压未知)(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择_(选填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择_(选填“R1”或“R2”)。(2)在实验过程中，该同学将小灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现小灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现小灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在表格中。次数1234567U/V0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的U-
8、I图线。(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为_V；这一结果大于1.23 V，其原因是_。【解析】(1)根据P=I2R估算出灯泡的电流大约是 600 mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U-I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应采用分压式接法，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻较小，电流表应外接。(2)根据表格中数据描点、连线，如图所示。(3)由P=UI=0.75 W，再结合图象可知U额=2.5 V；小灯泡的额定电压大于1.23 V的原因是小灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻。答案：(1)电路原理图如图所示 A2 R1 (2)见解析图(3)2.5(2.42.6均可)小灯泡的冷态电阻
9、小于正常 工作时的电阻(或小灯泡的电阻随温度的升高而变大)【解题通法】1.实验电路设计注意的问题：(1)滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化。(2)在测量电路中，一般有电流表内接和外接两种方 法，对于给定电表内阻的情况，应先比较R0与待测电 阻Rx的关系，其中R0=，若RxR0，则设计为电 流表内接法；若RxR0，则设计为电流表外接法；若电 表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行改 装。AVR R2.处理数据的方法和能力：(1)观察和分析表格中的数据。(2)利用表格中的数据在坐标图纸上描点。(3)用平滑的曲线连接描出的点。(4)根据描绘的图线分析小灯泡的工
10、作状态。3.利用图象处理数据和分析实验结果：(1)图象横纵坐标的乘积表示功率。(2)结合小灯泡的实际工作过程分析实验结果。热点二 创新拓展实验 创新角度实验研究对象的变迁 实验数据处理的变迁1.小电珠的I-U图象。2.小电珠的P-U2图象。题型1 电表的改装【典例2】(2019蚌埠模拟)要测绘一个标有“6 V 2.5 W”小灯泡的伏安特性曲线，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材：A.直流电源(6 V，内阻未知)B.电流表G(满偏电流3 mA，内阻Rg=10 )C.电流表A(00.6 A，内阻未知)D.滑动变阻器R(020 ，5 A)E.滑动变阻器R(0200 ，1 A)F.定值电阻R
11、0(阻值1 990 )G.开关与导线若干(1)由于所给实验器材缺少电压表，某同学直接把电流表G作为电压表使用测出小灯泡两端电压，再用电流表A测出通过小灯泡的电流，从而画出小灯泡的伏安特性曲线，你认为该方案实际上是否可行？说明理由。_。(2)为完成本实验，滑动变阻器应选_(填器材前的序号)。(3)请在下列方框内画出设计合适的电路图。(4)根据设计的电路图连接实物图。【创新点分析】(1)由于题中没有电压表，所以应根据题意信息去改装电压表。(2)进行合理的电路设计分析。【解析】(1)不可行,电流表G测量电压范围太小，导致电流表A指针偏转很小，误差较大。(2)、(3)由于小灯泡电阻一般较小，和电流表内
12、阻接 近，所以电流表应用外接法，由于伏安特性曲线中的 电压和电流均要从0开始测量，所以滑动变阻器应采用 分压式接法，故滑动变阻器应选D，电路如图所示。(4)实物连接图如图所示。答案：(1)不可行，电流表G测量电压范围较小，导致电流表A指针偏转很小，误差较大(2)D(3)、(4)见解析图 题型2 两种U-I曲线的应用【典例3】(2018临沂模拟)某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V，1.5 W”的小灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：A.直流电源3 V(内阻可不计)B.直流电流表0600 mA(内阻约为0.5 )C.直流电压表03 V(内阻约3 k)D.滑动
13、变阻器(10 ，1 A)E.滑动变阻器(1 k，300 mA)F.开关、导线若干(1)本实验中滑动变阻器选用_(选填“D”或“E”)。(2)表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。U/VI/A000.50.171.00.301.50.392.00.452.50.49(3)如图所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5 的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4 V的电路上，每个小灯泡的实际功率为_ W。【创新点分析】(1)在小电珠伏安特性基础上利用闭合电路欧姆定律作出两个并联小灯泡每只小灯泡U-I线，两伏安特性曲线的交点即为每只小灯泡的工
14、作点，从而求解。(2)本题也可以理解为电源电动势为4 V，定值电阻R0当作电源内阻来做为经典题解决，变换角度考查对原理的理解。【解析】(1)实验中需测量多组数据，滑动变阻器用分压式接法，为了调节方便，滑动变阻器用阻值较小的，故选D。(2)描点画图，如图所示。(3)设小灯泡两端的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：U0=U+2IR0，所以U=-2R0I+U0，代入数据得U=-10I+4，在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出该直线，其交点(1.0 V，0.3 A)即为小灯泡的实际电压、电流值，可得小灯泡消耗的实际功率P=UI=0.3 W。答案：(1)D(2)见解析图(3)0.3 题型3
15、热敏电阻特性曲线【典例4】(2018全国卷)某实验 小组利用如图甲所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特 性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热 敏电阻RT，其标称值(25 时的阻值)为900.0 ；电 源E(6 V，内阻可忽略)；电压表 (量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 )，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )；电阻箱R2(阻值范围0999.9 )；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最
16、大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0。实验得到的R2-t数据见下表。回答下列问题：(1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到_(选填“a”或“b”)端。(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0 (3)由图乙可得到RT在25 80 范围内的温度特性。当t=44.0 时，可得RT=_。(4)将RT握于手心，手心温度下R
17、2的相应读数如图丙所示，该读数为_，则手心温度为_。【创新点分析】(1)滑动变阻器的分压接法和限流接法在开关闭合前滑动头位置操作点潜放在该实验中，体现考生是否灵活应用。(2)能不能把电阻箱R的读数与热敏电阻阻值联系起来又是处理本题的关键，领会实验的原理与方法。【解析】(1)为了保护测量电路，在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到b端。(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，做出R2-t曲线如图所示。(3)由作出的R2-t曲线可知，当t=44.0 时，可得 RT=450。(4)根据图丙所示读数为6100+210+10 +0.10=620.0，由作出的R2-t曲线可知，当 RT=620.0 时，可得t=33.0。答案：(1)b(2)图见解析(3)450(4)620.0 33.0
