1、5实验：描绘IU特性曲线学习目标：1进一步掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法、外接法的选择。2能根据需要正确选择测量仪器及电表量程。3会根据所得的实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关分析。4尝试进行实验误差的分析，了解测量中减小误差的方法。一、实验原理与方法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(I，U)值，在IU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，电路图如图所示。二、实验器材学生电源(46 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
2、、铅笔、坐标纸。三、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。次数12345678电压U/V电流I/A4断开开关，整理好器材。四、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。4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。5分析
3、：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化。曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大。五、误差分析1系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。2测量误差：测量时读数带来误差。3作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差。六、注意事项1因IU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IU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，个别偏离较远的点应舍去。【例1】一个小灯泡上标
4、有“4 V0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线。现有下列器材供选择：A电压表(05 V，内阻约10 k) B电压表(015 V，内阻约20 k)C电流表(03 A，内阻约1 )D电流表(00.6 A，内阻约0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A)F滑动变阻器(500 ，1 A)G电源(直流6 V)、开关、导线若干甲乙(1)实验时，选用图中_(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：_。(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_。(用字母序号表示)(3)把图所示的实验器材用实线连接成实物电路图。解析(1)因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多
5、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，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据。(2)小灯泡额定电压为4 V，因15 V的量程太大，读数误差大，则电压表选05 V的A而舍弃015 V的B。小灯泡的额定电流I0.5 A，则电流表只能选D，滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 ，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去，选用E。(3)小灯泡内阻为电流表内阻的20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的1 250倍，故电流表应选用外接法。答案(1)甲描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据(2)ADE(3)如图所示【例2】图甲为“描绘小灯泡的伏
6、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。甲乙丙(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：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；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；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12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000
7、.205小灯泡发光情况不亮微亮逐渐变亮正常发光(3)数据分析：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_。图线表明导体的电阻随温度的升高而_。小灯泡正常工作时的电阻约为_。(保留到小数点后一位)解析(1)与实物电路相对应的电路图如图(a)所示。(a)(2)为保护实验器材，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。根据表格中的数据，画出小灯泡的IU图线如图(b)所示。(b)(3)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。图线表明导体的电阻随温度的升高而增大。电压U3 V时，I0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻R 14.6 。答
8、案(1)见解析图(a)(2)左见解析图(b) (3)先不变，后逐渐增大增大14.6 1现要测定一个铭牌上标有“3 V,0.4 A”的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为03 V。现有器材：直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计)电压表V1(量程3 V，内阻约为3 k)电压表V2(量程15 V，内阻约为15 k)电流表A1(量程200 mA，内阻约为2 )电流表A2(量程400 mA，内阻约为1 )滑动变阻器R(最大阻值为20 )开关S，导线若干。(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是_(填“V1”或“V2”)，选用的电流表是_(填“A1”或“A2”)。(2)将测量
9、小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号。解析(1)灯泡的额定电压为3 V，则电压表选V1；小灯泡的额定电流I0.4 A400 mA，故电流表应选量程为400 mA的A2；(2)小灯泡的电阻R7.5 ，由于RRV1，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示。答案(1)V1A2(2)见解析图2为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：A小灯泡(额定电压6 V，额定电流600 mA)B电流表(量程00.6 A，内阻约为0.5 )C电流表(量程03 A，内阻约为0.1 )D电压表(量程06 V，内阻约为10 k)E滑动变阻器R1(010 ，2 A)F滑动变
10、阻器R2(0100 ，1.5 A)G直流电源E(约6 V)H开关、导线若干(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(填器材前的字母代号)(2)请用笔画线代替导线，将图甲电路连接完整。甲乙(3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向最右端调节滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是_。解析(1)由于小灯泡的额定电流为600 mA0.6 A，因此电流表选用；由于滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1。(3)闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可
11、以看出，电压调节范围小且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路，使电路变成了限流电路。答案(1)BE(2)如图所示(3)电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路3某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5 V0.48 A)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A电压表(03 V，内阻6 k)B电压表(015 V，内阻30 k)C电流表(03 A，内阻0.1 )D电流表(00.6 A，内阻0.5 )E滑动变阻器(010 ，5 A)F滑动变阻器(01 k，0.1 A)G电源(3 V，内阻不计)H开关一个，导线若干。(1)电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。
12、(用序号字母表示)(2)如图所示，图中有几根导线已经接好，为完成本实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完整，要求尽量减小实验误差。(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在坐标纸上补齐未画出的数据点，用“”表示，并绘出IU图线。根据IU图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻_(填“变大”或“变小”)。U/V0.000.400.801.001.201.501.802.002.202.50I/A0.000.170.270.300.350.390.430.450.470.48解析(1)灯泡额定电压2.5 V，电压表应选A；灯泡额定电流I0.48 A，电流表选D；为方便操作，滑动变阻器应选总阻值较
13、小的E。(2)描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡正常发光时的电阻较小，故电流表应采用外接法。(3)根据描点法得出对应的图像如图所示；由图可知，电阻随温度的升高而变大。答案(1)ADE(2)如图所示(3)如图所示变大4某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线。他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215现备有下列器材：A内阻不计的6 V电源；B量程为03 A的内阻可忽略
14、的电流表；C量程为00.3 A的内阻可忽略的电流表；D量程为03 V的内阻很大的电压表；E阻值为010 ，额定电流为3 A的滑动变阻器；F开关和导线若干。(1)这个学习小组在实验中的电流表应选_(填器材前面的字母)。(2)请你从图中的实验电路图中选出最合理的一个_。A B CD(3)利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而_(填“变大”“变小”或“不变”)；(4)若把电器元件Z接入如图所示的电路中时，电流表的读数为0.150 A，已知A、B两端电压恒为2 V，则定值电阻R0阻值为_。(结果保留两位有效数字)解析(1)由数据表可知，电路中的最
15、大电流为0.215 A，所以电流表应选择C；(2)从数据表可知要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；由于电流表与电压表均为理想电表，所以电流表采用外接法和内接法都可，故选D；(3)由IU图像可知，图像上的点与原点连线的斜率越来越小，而IU图像中图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故可知元件Z的电阻随U的变大而变大；(4)由IU图像可读出电流I0.150 A时，对应的电压U21.00 V，所以元件Z的电阻为：RZ由电路图可知：R0RZ代入数据解得：R06.7 。答案(1)C(2)D(3)变大(4)6.75要描绘一个标有“3 V,0.3 A”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端
16、的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差。已选用的器材除导线、开关外，还有：电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 )电流表(量程为00.6 A，内阻约为1 )电压表(量程为03 V，内阻约为3 k)滑动变阻器(最大阻值为20 ，额定电流为1 A)(1)实验电路应选用下列图中的_(填字母代号)。A BC(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图甲所示，其中应该去掉的导线是_(选填相应的字母)。甲乙(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最_端(选填“左”或“右”)。(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图乙所示。由图可知：随着电
17、压的增大，小灯泡的电阻_(选填“增大”或“减小”)。解析(1)本实验要求小灯泡两端的电压从零逐渐增加，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择B电路。(2)由题图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线b去掉。(3)由题图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端。(4)IU图像中图线上的点与坐标原点的连线的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高，小灯泡的电阻增大。答案(1)B(2)b(3)左(4)增大6某同学研究小灯泡的伏安特性。所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额
18、定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 k)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 )；固定电阻R0(阻值1 000 )；滑动变阻器R(阻值09.0 )；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干。(1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，在方框内画出实验电路原理图。(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(填“增大”“不变”或“减小”)。解析(1)电压表量程为3 V，要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变
19、阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL 11.875 ，因，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示。(2)由IU图像知，随着电流的增加图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，则灯泡的电阻随电流的增加而增大。答案(1)见解析图(2)增大7某同学用下列器材描绘额定电压为3.0 V的小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变化从零开始)。A电流表(0.6 A,1 )B电压表(3 V,1 k)C滑动变阻器(10 ，1 A)D电源(4 V，内阻不计)甲乙丙(1)请你在图甲的实物连接图中，把还需连接的导线补上。(2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“左”或“右”)。(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，电压
20、表的示数逐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为_。(4)排除故障后，某次测量时电流表的指针位置如图乙所示，其读数为_ A。(5)小明完成实验后，由实验数据画出小灯泡的IU图像，如图丙中实线所示，由图可确定小灯泡在电压为2.0 V时的电阻为_ (保留两位有效数字)。解析(1)该实验要求电压从零调节，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于灯泡的电阻很小，因此电流表应采用外接法，由此可连接实物图，如图所示。(2)开始实验之前，要使滑动变阻器的输出电压为零，根据电路图可知滑动变阻器的滑片应置于左端。(3)电压表有示数，说明电压表的两个接线柱和电源的两极连接的电路中无断路；电流表指针几乎不动，说明电路中电阻很大，可能是断路了，故出现这种情况的可能性是小灯泡断路。(4)本实验中电流表选择0.6 A量程，电流表的最小分度为0.02 A，故指针的示数为0.25 A。(5)根据灯泡的IU图像可知，当灯泡的电压为2.0 V时，灯泡的电流约为0.185 A，因此此时灯泡的电阻R 11 。答案(1)见解析图(2)左(3)小灯泡断路 (4)0.25(5)11