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1、实验七 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验七 描绘小灯泡的伏安特性曲线 1实验原理 (1)测多组小灯泡的U、I的值，并绘出IU图象； (2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系 2实验器材 小灯泡“3.8V,0.3A” 、电压表“03V15V” 、电流表“00.6A3A” 、滑动变阻器、学生电 源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔 3实验步骤 (1)画出电路图(如图 1 甲所示) 图 1 (2)将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图乙所示的电 路 (3)测量与记录 移动滑动变阻器的滑动触头位置，测出 12 组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据 填入自己设计的表格中
2、 (4)数据处理 在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 将描出的点用平滑的曲线连接起来，得到小灯泡的伏安特性曲线 4实验器材选取 (1)原则：安全；精确；操作方便 (2)具体要求 电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流干电池中电流一般不允许超过 0.6A. 用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流 电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值 电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上 1 3 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 5注意事项 (1)电路的连接
3、方式 电流表应采用外接法：因为小灯泡(3.8V,0.3A)的电阻很小，与量程为 0.6A 的电流表串联 时，电流表的分压影响很大 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)闭合开关 S 前， 滑动变阻器的滑动触头应移到使小灯泡分得电压为 0 的一端， 使开关闭合 时小灯泡的电压能从 0 开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而 烧坏灯丝 (3)IU图线在U1.0V 左右将发生明显弯曲，故在U1.0V 左右绘点要密，以防出现较大 误差 6误差分析 (1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分 流，
4、使测得的电流值大于真实值 (2)测量时读数带来误差 (3)在坐标纸上描点、作图带来误差. 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 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 3V，额定电流 600mA) B电流表 A1(量程 00.6A，内阻约为 0.5) C电流表 A2(量程 03A，内阻约为 0.1) D电压表 V(量程 03V，内阻约为 10k) E滑动变阻器R1(010，2A) F滑动变阻器R2(0500，1A) G直流电源E(约 3V) H开关、导线若干 图 2 (1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(以上均填器材代号) (2)请根据所
5、选器材补充完整图 2 甲实验原理图，并标明所选器材代号 (3)正确实验，测量出多组数据，以灯泡两端的电压U为横轴，电流表的示数I为纵轴，描点 如图乙所示，请在图中作出小灯泡的伏安特性曲线 (4)上述实验过程中，小虎同学不慎将所选滑动变阻器损坏，便选用另一滑动变阻器，重新连 成完整电路，闭合开关，从最左端向最右端缓慢匀速移动滑动变阻器滑片的过程中，观察到 电流表和电压表的示数变化情况是_. 答案 (1)A1 R1 (2)、 (3)见解析图 (4)开始示数一直较小， 几乎不变， 滑片接近最右端时， 示数突然变大 解析 (1)灯泡的额定电流为 600mA，因此电流表应选择 0.6A 量程的 A1；本
6、实验采用滑动变 阻器分压接法，因此滑动变阻器应选择总阻值较小的R1； (2)根据原理可知，本实验应采用滑动变阻器分压接法，同时灯泡内阻较小，故电流表采用外 接法，实验原理图如图甲所示； (3)小灯泡的伏安特性曲线如图乙； (4)因另一滑动变阻器R2的阻值为 500 较大，比小灯泡电阻大的多，则在滑动变阻器滑片 开始滑动的阶段，滑动变阻器与小灯泡并联后的阻值一直很小，所以电压表和电流表的读数 会一直很小，当滑动变阻器滑片接近最右端时，小灯泡两端的电压会突然接近电源电压，则 此时电压表和电流表的读数会突然增大 变式 1 (2018泰州中学考试)小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实
7、验数据记录在下表中： 电压U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50 电流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46 (1)实验室有两种滑动变阻器供选择： A滑动变阻器(阻值范围 010、额定电流 3A) B滑动变阻器(阻值范围 02000、额定电流 1A) 实验中选择的滑动变阻器是_(填写字母序号) (2)在图 3 甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整 (3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最_(选填“左”或“右”)端 (4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的UI图线 图 3 (5)他们在UI图象上找到小灯泡工作电
8、压为 2.0V 时坐标点， 计算此状态的电阻值时， 小明 提出用图象上该点曲线切线的斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率 表示小灯泡的阻值你认为_(选填“小华”或“小明”)的方法正确 答案 (1)A (2)见解析图 (3)左 (4)见解析图 (5)小华 解析 (1)由于灯泡的电阻大约为几欧，为了便于调节，滑动变阻器选择 010 的 (2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电压表选择 03V 量程，电流表采用外接法实物连线图如图甲所示 (3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端 (4)小灯泡的UI图线如图乙所示 (5)根据欧姆定
9、律知，R ，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华的方法正确 U I 命题点二 实验的拓展与创新命题点二 实验的拓展与创新 例 2 (2018南京市、盐城市一模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，甲、乙、丙 三位学生用导线按如图 4 甲所示方式连接好电路，电路中所有元件都完好，且电压表和电流 表已调零闭合开关后： 图 4 (1)甲学生发现电压表示数为 2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，这是由于导线_ 断路； (2)乙学生发现电压表的示数为零， 电流表的示数为 0.3A， 小灯泡亮， 这是由于导线_ 断路； (3)丙学生发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示
10、数都不能 调为零，这是由于导线_断路； (4)电路检查完备后，用正确的电路测得小灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线， 如图乙所示现将它与 19 的定值电阻R串联，接在电动势为 8V、内阻为 1 的电源上， 则小灯泡的实际功率是_W. 答案 (1)d (2)h (3)g (4)0.6 解析 (1)电压表示数为 2V，说明连接电压表的导线正常，电流表示数为零且灯泡不亮，说 明电路断开，所以应为d导线断路； (2)电流表有示数且小灯泡亮，说明连接灯泡和电流表、电源的导线正常，电压表示数为零， 说明电压表没有接入电路，所以应为h导线断路； (3)发现反复调节滑动变阻器， 小灯泡亮度发生变化，
11、但电压表、 电流表的示数都不能调为零， 说明滑动变阻器为限流式接入电路，g导线断路； (4)将电源和 19 的电阻视为一个新电源，根据EUIr可知，U820r，将路端电压与 电流关系图象画入IU图象中，如图所示： 两线的交点横、纵坐标值即为灯泡工作时的电压与电流，由图象可知，U2V，I0.3A，所 以灯泡的实际功率PUI0.6W. 变式 2 (2018南通市、 泰州市一模)在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中， 提供下列器材 ： A小灯泡(3V 0.6W)； B电压表(03V，内阻约 3k)； C电压表(015V，内阻约 15k)； D电流表(0250mA，内阻约 1)； E电流表(00.6A，内
12、阻约 0.4)； F滑动变阻器(10 2A)； G滑动变阻器(1k 0.5A)； H电源(电动势 6V)； I开关、导线若干 (1)实 验 时 电 压 表 应 选 用 _， 电 流 表 应 选 用 _， 滑 动 变 阻 器 应 选 用 _(用字母序号表示) (2)请用笔画线代替导线，将如图 5 甲所示实物电路图连接完整 图 5 (3)实验中记录多组电压表示数U和电流表示数I，如下表所示请在图乙中画出IU图象. 编号12345678 U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00 I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205 (4
13、)如果将这个小灯泡接到电动势为 3V、内阻为 5 的电源两端，小灯泡消耗的功率是 _W(结果保留两位有效数字) 答案 (1)B D F (2)如图所示 (3)如图所示 (4)0.38(0.370.39) 变式 3 某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线，要求测量数据 尽量精确、绘制曲线完整可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有： 电压表 V1(量程 03V，内阻等于 3k) 电压表 V2(量程 015V，内阻等于 15k) 电流表 A1(量程 0200mA，内阻等于 10) 电流表 A2(量程 03A，内阻等于 0.1) 滑动变阻器R1(010，额定电流 2A
14、) 滑动变阻器R2(01k，额定电流 0.5A) 定值电阻R3(阻值等于 1) 定值电阻R4(阻值等于 10) 定值电阻R5(阻值等于 1k) 电源E(E6V，内阻不计) (1)请在虚线框中画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁 (2)该同学描绘出的IU图象应是下图中的_ 答案 (1)见解析图 (2)B 解析 (1)用电压表V1和R5串联，可改装成量程为U(rV1R5) (31) V4 V的电压表 ； UV1 rV1 3 3 用量程为 200 mA 的电流表 A1与定值电阻R4并联可改装为量程为IIA10.2 A IA1rA1 R4 A0.4A 的电流表 ； 待测小灯泡的阻值较小
15、，故采用电流表外接，电路图如图所示 0.2 10 10 (2)小灯泡的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的IU图象应该是 B. 1(2018东台创新学校月考)有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样，现在要用伏安法描绘 这个小灯泡的UI图线有下列器材供选用： A电压表(05V，内阻 10k) B电压表(010V，内阻 20k) C电流表(00.3A，内阻 1) D电流表(00.6A，内阻 0.4) E滑动变阻器(5，1A) F滑动变阻器(500，0.2A) (1)实验中电压表应选用_，电流表应选用_(用序号字母表示) (2)为使实验误差尽量小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选
16、用 _(用字母序号表示)， 实验中滑动变阻器应采用_接法(填 “分压” 或 “限流” ) (3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图， 并把由图 6 所示的实验器材用实线连接成相应 的实物电路图 图 6 答案 (1)A D (2)E 分压 (3)见解析图 解析 (1) 小灯泡上标有“4V 2W” ，UL4V，IL A0.5A故电压表选用 A，电流表选 PL UL 2 4 用 D. (2)要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用 E，实验中滑动变阻器应采用 分压接法 (3)小灯泡电阻相对电压表电阻较小，采用电流表的外接法电路图与实物连线如图所示 2(2018溧水中学期初模拟)小张和小
17、明测绘标有“3.8V 0.4A”小灯泡的伏安特性曲线， 提供的实验器材有： A电源E(4V，内阻约 0.4) B电压表 V(2V，内阻为 2k) C电流表 A(0.6A，内阻约 0.3) D滑动变阻器R(010) E三个定值电阻(R11k，R22k，R35k) F开关及导线若干 图 7 (1)小明研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行了改 装 在给定的定值电阻中选用_(选填 “R1” “R2” 或 “R3” )与电压表_(选填 “串 联”或“并联”)，完成改装 (2)小张选好器材后，按照该实验要求连接电路，如图 7 所示(图中电压表已经过改装)闭合 开关前，小明
18、发现电路中存在两处不恰当的地方，分别是 ： _； _. (3)正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，电压表和电流表的示数改变，但 均不能变为零 由此可以推断电路中发生的故障可能是导线_(选填图中表示导线的序 号)出现了_(选填“短路”或“断路”) 答案 (1)R2 串联 (2)电流表采用了内接法 滑动变阻器滑片放在了最右端 (3)8 断路 解析 (1)电压表的量程为 2V，内阻为 2k，故选用阻值是 2k 的R2与电压表串联后可达 到实验的要求 ； (2)因电压表的内阻远大于灯泡的内阻，故电流表应该外接 ； 因采用分压电路， 故闭合开关前滑动变阻器滑片应该在最左端；(3)移动滑片，
19、电压表与电流表示数不能为零， 说明滑动变阻器是限流接法，由题图所示电路图可知，可能是导线 8 发生断路造成的 3(2018江苏押题卷) 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V, 2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有： A直流电源(电动势约为 5V，内阻可不计) B直流电流表(量程 03A，内阻约为 0.1) C直流电压表(量程 03V，内阻约为 15k) D直流电压表(量程 06V，内阻约为 30k) E滑动变阻器(最大阻值 10，允许通过的最大电流为 2A) F滑动变阻器(最大阻值 1k，允许通过的最大电流为 0.5A) G定值电阻R08 实验要求小灯泡两端的电压
20、从零开始变化并能测多组数据 (1)实验中应选用的器材有_(均用序号字母表示) (2)在虚线框中画出实验原理电路图； (3)某次实验测得两表的读数如图 8 所示， 则此时小灯泡的电阻是_.(结果保留两位 有效数字) 图 8 (4)另一实验小组选用另外的器材，通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图 9 甲所 示现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E4 V，内阻r1 ， 定值电阻R9，此时小灯泡的实际功率为_W(结果保留两位有效数字) 图 9 答案 (1)ACDEG (2)见解析图 (3)6.3 (4)0.34 解析 (1)标有“5V,2.5W”的小灯泡的额定电流为 0.
21、5A，电流表量程太大，不宜采用，电表 内阻不确定，不宜改装，所以可以通过测量定值电阻的电流来测量通过灯泡的电流，小灯泡 两端的电压从零开始变化并能测多组数据， 滑动变阻器采用分压式接法， 滑动变阻器应选用 E， 所以选用的器材有：ACDEG. (2)实验原理电路图如图甲所示 (3)由题图知U12.20V，U25.0V，则RL6.3. U1 U2U1 R0 (4)小灯泡接到电路中， 电源电动势E4V， 内阻r1， 小灯泡两端电压与电流的关系为UL EI(Rr)410I，在小灯泡的伏安特性曲线上再画ULI图线，如图乙，两者交点表示 小灯泡的工作电压与电流， 由图可得小灯泡此时的工作电压约为 1.2V， 工作电流约为 0.28A， 此时小灯泡的实际功率PUI1.20.28W0.34W.