第二章 第九节实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线.docx
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第二章第九节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
知识内容
测绘小灯泡的伏安持性曲线
考试要求
必考
课时要求
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.学会测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
内接法
外接法
电路
误差分析
电压表示数
UV=UR+UA>UR
电流表示数IA=IR
R测=
>
=R真
电压表示数
UV=UR
电流表示数
IA=IR+IV>IR
R测=
<
=R真
误差来源
电流表的分压作用
电压表的分流作用
2.电流表内、外接的选择方法
(1)直接比较法:
当Rx≫RA时,采用内接法;当Rx≪RV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Rx>
时,用电流表内接法;
当Rx<
时,用电流表外接法;
当Rx=
时,两种接法效果相同.
(3)试触法:
如图1,
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
限流式
分压式
电路组成
变阻器
接入电路
的特点
采用“一上一下”的接法
采用“两下一上”的接法
调压范围
~E(不计电源内阻)
0~E(不计电源内阻)
适用情况
负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多,或R稍大,且电压、电流变化不要求从零调起
(1)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调
(2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R
三、测绘小灯泡的伏安特性曲线
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,即得到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(4~6V直流)或电池组、小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、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2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
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
电流I/A
(4)断开开关,整理好器材.
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、电流表内接法与外接法的比较
例1
如图3所示,某同学用伏安法测电阻,分别采用了甲、乙两种电路测量,关于误差分析正确的是( )
图3
A.若选择甲图,测量值偏大
B.若选择乙图,测量值偏大
C.若被测电阻Rx与电流表接近,选择乙图误差较小
D.若被测电阻Rx与电压表接近,选择甲图误差较小
答案 B
解析 甲图所示电路是电流表外接法,用它测量电阻时,测量值是待测电阻Rx和电压表内阻的并联电阻值,故测得的电阻值偏小,故A错误;乙图所示电路是电流表内接法,用它测量电阻时,测量值R测=Rx+RA>Rx,B正确;电流表内阻很小,被测电阻Rx与电流表接近,则所测电阻较小,因此应该选择甲图误差较小,故C错误;电压表内阻较大,被测电阻Rx与电压表接近,应该选择乙图误差较小.故D错误.
二、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
例2
有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样,现在要用伏安法测绘这个灯泡的I-U图线.现有下列器材供选择:
A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)
B.电压表(0~15V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~3A,内阻1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)
E.滑动变阻器(10Ω,2A)
F.滑动变阻器(500Ω,1A)
G.学生电源(直流6V)、开关、导线若干
(1)实验时,选用图4________(填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验,请说明理由:
________________________________________________________________________.
图4
(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5中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.
图5
答案
(1)甲 测绘小灯泡的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4V,则电压表选0~5V的A,而舍弃0~15V的B,因15V的量程太大,读数误差大.小灯泡的额定电流I=0.5A,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8Ω,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,则应选E.小灯泡电阻为电流表内阻的
=20倍,电压表内阻是小灯泡电阻的
=1250倍,故电流表采用了外接法.
连接实物电路时,一般先把电路图画出来,按照电流总是从电源正极出发→通过用电器→最后回到电源负极的顺序连接或按逆序连接;连接实物图时要注意导线不能交叉,导线的端点要接在各元件的接线柱上.另外要注意电表的正、负接线柱以及量程等.
三、实验数据的处理
例3
某同学在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据:
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
(1)在图6中画出I—U图象.
图6
(2)从图象上可以看出,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是______________________.
(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而________.
答案
(1)见解析图
(2)开始时不变,后来增大(3)增大
解析 作出I-U图象如图所示,曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变,后来逐渐靠近U轴说明电阻增大.
1.坐标系标度要合理选取,尽量使描出的图象占据坐标纸的大部分.
2.小灯泡电压、电流变大时,电阻变大,伏安特性图线是曲线.连线要用平滑的曲线,不能连成折线.
1.在图7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7
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R≪RV,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R≫RA,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;题图甲由于电压表的分流导致电流的测量值偏大,由R= 可知,R测<R真;R越小,电压表分流越小,误差越小,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= 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,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8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8 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.为探究小灯泡L的伏安特性,连好如图1所示的电路后闭合开关S,通过移动滑动变阻器R的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光.由电流表和电压表得到的多组读数,描绘出的U-I图象应是图中的( ) 答案 C 解析 由小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大知图C正确. 2.如图2所示为伏安法测电阻的一种常用电路,以下分析正确的是( ) 图2 A.此接法的测量值大于真实值 B.此接法的测量值小于真实值 C.此接法要求待测电阻值小于电流表内阻 D.开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最右端 答案 A 解析 R测= =R+RA,故A项正确,B项错误;此接法要求R >RA·RV,故应大于电流表内阻,C项错误;开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最左端,D项错误. 3.要测绘一个标有“3V 0.6W”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3V,并便于操作.已选用的器材有: 电池组(电动势为4.5V); 电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω); 电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ); 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20Ω,额定电流1A) B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A) (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3V,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 = =3,而 = =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. 4.(2016·浙江10月学考)做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,要求采用分压电路,电流表外接.小王的连接如图3甲所示,闭合开关S前请老师检查,老师指出图中标示的①、②两根连线有一处错误,错误连线是________(填“①”或“②”);图中标示的③、④和⑤三根连线有一处错误,错误连线是________(填“③”“④”或“⑤”).小王正确连线后,闭合开关S前,应将滑动变阻器滑片C移到________处(填“A”或“B”).闭合开关S,此时电压表读数为________V.缓慢移动滑片C至某一位置时,电流表指针如图乙所示,电流表的示数为________A. 图3 答案 ① ④ A 0 0.32 解析 本实验的电路图如下: 应该采用分压式、外接法,所以①、④两根导线有问题. 实验开始时为了保证实验仪器的正常使用,需要将C拨到最左端,即A处,开关闭合后,电压表读数为0V.图乙中电流表的读数为0.32A(不需要估读).
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- 第二章 第九节 实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线 第二 测绘 灯泡 伏安 特性 曲线
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