描绘小灯泡的伏安特性曲线

沁阳市物理备课组 主备 范全功 杨利花 审定 张德华 2007年12月18日实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线知识目标一、实验目的：通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律二、实验原理：金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍。它的伏安特性曲线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的。本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内，其阻值变化，从而了解它的导电特性。三、实验器材VA 小灯泡、电压表、电流表、4V6V学生电源、滑动变阻器、导线若干、电健等四、实验电路图； 1、线路原理图因为小电珠（即小灯泡）的电阻较小（10左右）所以测量电路应该选用安培表外接法。因为作图需要多个点，所以控制电路选用滑动变阻器分压式接法。2、实物接线图（1）先连好电源、电键、滑动变阻器所组成的串联电路（滑动变阻接下面两个接线柱）（2）将小灯泡、电流表串联好，再接到滑动变阻器的两个接线柱上（一上一下）（3）最后将伏特表并接在小灯泡的两端。（4）注意滑动变阻器的滑动触头实验初应在使小灯泡短路的位置。（5）注意安培表、伏特表的量程和正负接线柱（若选用的是标有“3.8V 0.3A”的小灯泡，电流表应选用0-0.6A量程；电压表开始时应选用0-3V量程，当电压调到接近3V时，再改用0-15V量程。五、实验步骤：1按图连接好电路。 2检查无误后，将滑片调节至最左边附近、闭合电键，读出一组U、I值，记录于表格。 3再调节滑线变阻器的滑片到不同位置，读出十二组不同的U、I值，记录于表格。 4断开电键，整理好器材。 5在坐标纸上以I为横轴，以U为纵轴、并选取适当的单位。 6用描点法在坐标纸上标出各组U、I值的对应点位置。 7用平滑曲线将各点依次连接起来。 8分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律。记录表格：次数n123456789101112电压U电流I六、实验注意事项.对“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,应明确以下几点: 1.由欧姆定律可知,对一纯电阻用电器,有I=U/R.因此,当R为定值时,IU图线应为一过原点的直线.但由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额定电压过程中,灯丝温度由室温升高到近2000,因此灯丝电阻率有明显增大,故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线. 2.实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”一类小电珠,其在白炽状态下电阻很小,在室温下电阻更小,因此为减小实验误差,测量电路应采用电流表外接法. 3.为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接.规律方法1、对电路的连接：用图（a）中所给的实验器材测量一个“12V，5W”的小灯泡在不同电压下的功率，其中电流表有3A，0.6A两档，内阻可忽略，电压表有15V，3V两档，内阻很大，测量时要求加在灯泡两端的电压可连续地从0V调到12V。图a0123A00.20.40.60.60.33图b(1)按要求在实物图上连线(2)其次测量时电流表的指针位置如图（b）所示，其计数为 A解析：对于“12V，5W”的小灯泡其额定电流大约是I=5/12A0.6A，故安培表的量程应选0-0.6A，根据测量要求，电压连续地从0V调到12V，应接成分压电路，又因为电流表内阻可忽略，电压表内阻很大，对电路无影响，电流表内接或外接都可以，故电路连接如图所示。电流表读数为0.245A2、对图线的分析能力例2、一个标有“220V，60W”的白炽灯泡，加上的电压U由0逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图像表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是（ ）0UIA0UIB0UIC0UID解析：利用图像斜率的物理意义表示电阻这一知识点解题，UI图像的意义，斜率表示电阻，斜率越大，电阻越大。如果是曲线，电阻可用该点与O点连线的斜率表示，温度越高，电阻率越大，电阻也越大。灯泡在电压加大过程中，灯丝中的电流增大，温度升高，电阻变大，所以B对，A图表示电阻不变，C表示电阻变小，D表示先变大，后变小，答案ACD答案：ACD试题展示1、某灯泡两端的电压为1V时,其电流为0.2A,当电压为2V时,其电流为0.3A,那么电压为1.5V时,则( )A.其电流一定为0.25AB.其电流一定大于0.25A而小于0.3AC.其电流一定大于0.2A而小于0.25AD.以上说法均不对答:B.分析:分析易知,电压为1.5V时,灯丝电阻5R20/3,所以当电压为1.5V时,其电流将大于.3、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,已备有以下器材:小灯泡、电压表、电流表、学生电源、开关,还需要的器材是 .答:滑动变阻器,坐标纸.4、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,所用小灯泡为“2.8V,1.4W”,请将以下器材按正确电路连结起来.5、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,使用的小灯泡为“6V 3W”,其他可供选择的器材有:电压表V1(量程6V,内阻20K) 电压表V2(量程20V,内阻60K)电流表A1(量程3A,内阻0.2)电流表A2(量程0.6A,内阻1)变阻器R1(01000,0.5A)变阻器R2(020,2A)学生电源E(68V)开关S及导线若干.实验中要求电压表在06V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I,以便作出伏安特性曲线,在上述器材中,电流表应选用 A2 ,变阻器应选用 R2 .在图所示的方框中画出实验的原理图.解:小灯泡“6V 3W”额定电压为6V,额定电流为0.5A,即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A,最大电压不超过6V,在选择电压表和电流表时,本着安全、精确的原则,安全原则即量程要大于所测电流或电压值,精确原则是量程要尽量小,量程越小测量越精确,故电流表应选A2,电压表应选V1;滑动变阻器选取时要本着安全、够用、调节方便的原则.“安全”即流过变阻器最大电流(I=E/R)应小于允许通过的最大电流.“方便”即变阻器的总电阻应接近小灯泡的电阻,本实验中小灯泡在正常工作时电阻为R灯=12,故应选用R2.连接电路时,变阻器采取分压式;电流表接成外接法.原理图如图所示.6、.用公式RU2P求出220V、40W”电灯泡灯丝电阻为1210欧姆。用多用电表的欧姆档测得其电阻只有90欧姆，下列说法正确的是( D ) A.两个电阻值相差悬殊是不正常的，定是测量时读数错误 B.两个电阻值不同是正常的，因为欧姆表测量电阻时误差大 C.两个阻值相差悬殊是不正常的，可能出厂时把灯泡的功率写错了 D两个阻值相差悬殊是正常的，1210欧姆是正常工作状态下电阻值(温度较高)，90欧姆是常温下的阻值7、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：I（A）0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U（V）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围010）、电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中画出小灯泡的UI曲线.（3）如果某一电池的电动势是1.5V，内阻是2.0.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）解答：（1）见下图（2）见下图（3）作出U=图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28.8、本实验中小灯泡（“3.8V，0.3A”）的电阻，备有下列器材：A、电压表（量程03V，内阻2k）B、电压表（量程06V，内阻4k）C、电流表（量程050mA，内阻20）D、电流表（量程00.6A，内阻0.01）E、滑动变阻器（阻值020，额定电流1A）F、电池组（电动势12V，内阻不计）G、开关和导线应选用的器材有哪些？画出电路图分析： 1、实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”一类小电珠,其在白炽状态下电阻很小,在室温下电阻更小,因此为减小实验误差,测量电路应采用电流表外接法. 2、为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接9、（1）现要测定一个额定电压4V、额定功率为1.6W的小灯泡（图中作表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.14V。现有器材：直流电源E（电动势4V、内阻不计），电压表（量程4.5V，内阻约为410，电流表（量程250mA，内阻约为2），电流表（量程为500mA，内阻约为1），滑动变阻器R（最大阻值约为30），电键S，导线若干。AVERSAERSV甲乙如果既要满足要求，又要测量误差小，应该选用的电流表是，下面两个电路应该选用的是。 （1）甲【解析】：（1）小灯泡的额定电流I0.4A，故电流表选用A2；小灯泡的电阻R10，由于RRV，故应先电流表外接法，即电路图甲。10、某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8 V,0.3 V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:电流表：A1（量程100 mA，内阻约2）； A2（量程0.6 A，内阻约0.3)；电压表：V1(量程5 V，内阻约5k )；V2（量程15 V，内阻约15 )；电源：E1（电动势为1.5 V，内阻为0.2）； E2（电动势为4V，内阻约为0.04）。为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表_,滑动变阻器_，电源_.(填器材的符号)根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图3所示.由图象可知，此灯泡在不不作时，灯丝电阻为_；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为_,灯泡实际消耗的电功率为_W.根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的_【解析】：（2）对器材的选用应以安全、实用为原则。小灯泡的额定电压和额定电流分别为3.8V和0.3A，故电压表应选V1，电流表A2；由于是分压接法，故滑动变阻器应选R1，便于调节，电源应选E2。由图象可看出：U0时，小灯泡不工作，对应电阻为1.5，当U3.0V时，对应的电阻为11.5。此时，灯泡实际消耗的功率P0.78W。由RU图线可看出，随U的增大，电阻的变化越来越小，而P，随U的变化，功率P的变化将更加明显，故选A。【答案】：（2）A2V2R1R21.511.50.78A11、 表格中所列数据是测量小灯泡 U-I关系的实验数据：U/(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I/(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215 (1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图 （填“甲”或“乙”）；AVS图甲AVS图乙Rba图丙（2）在方格纸内画出小灯泡的U-I曲线分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而 （填“变大”、“变小”或“不 变”）； （3）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流 过灯泡b的电流约为 A【解析】：（1）甲电路中变阻器采用分压接法，可以获得从零开始变化的电压，符合图中数据的要求。 (2)将表中数据逐一描点后用平滑曲线连接各点。 12题图（3）根据题意有 E= Ua +Ub，Ia=3Ib，从所做曲线可以查出，Ia=0.150A ，Ib=0.050A，Ua=1V， Ub=2V。 【答案】：（1）甲 （2）如图所示 变小 （3）0.050A【备考提示】：本题源于教材，高于教材，侧重考查考生的综合素质和利用基本实验原理、方法的技能进行创新的能力。12、.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中.用导线a、b、c、d、e、f、g和h按题图所示方式连接电路,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;若电压表的示数为2 V,电流表的的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_;若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A,小灯泡亮，则断路的导线为_;若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为_.答案： d导线 b导线 g导线第 5 页 共 5 页