资源描述
描绘小电珠的伏安特性曲线基本知识实验原理：由于电流增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，电灯丝材料的电阻率增大，因此电灯丝的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值.由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(I-U图线)并不是一条直线，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点(在此电压与电流下)的电阻的倒数，斜率越小，电阻越大.实验器材：“3.8V，0.3A”的小灯泡，46V学生电源(或34个电池组)，0100的滑动变阻器，015V的电压表，006A的电流表，开关一个、导线若干.实验电路： 实验步骤： (1)选取适合的仪器按上图所示的电路连接好. (2)将滑动变阻器滑片调节到A端后，闭合开关. (3)调节滑动变阻器，在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录. (4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原样. (5)以I为纵轴，U为横轴，画出I-U曲线并进行分析.例题和习题1.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，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（a）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”），灯丝的电阻率_（填“增大”“不变”或“减小”）。（3）用另一电源E0（电动势4 V，内阻1.00 ）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_W，最大功率为_W。（结果均保留2位小数）【答案】23.（1）（2）增大 增大 （3）0.39 1.17【解析】（1）因为电压表量程不够，所以要与电压表串联电阻R0，使其量程由3V增大到4V。因为待测小灯泡的电阻最大为12,而，所以待测电阻属于小电阻，用电流表外接法。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，所以滑动变阻器用分压器接法。电路图如下图。（2）因为电阻为图象斜率的倒数，因斜率减小，所以电阻增大。电阻率也增大。（3）当滑动变阻器阻值为即最大时，小灯泡功率最小，根据闭合电路欧姆定律，有，作出图象，与小灯泡的图象的交点为（1.75,0.22），则功率为.当滑动变阻器阻值为即最小时，小灯泡功率最大，根据闭合电路欧姆定律，有，作出图象，与小灯泡的图象的交点为（3.65,0.32），则功率为.图象如下：2.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了开关，导线外，还有：电压表（量程03V，内阻等于3k）电压表（量程015V，内阻等于15k）电流表（量程0200mA，内阻等于10）电流表（量程03A，内阻等于0.1）滑动变阻器（010，额定电流2A）滑动变阻器（01k，额定电流0.5A）定值电阻（阻值等于1）定值电阻（阻值等于10）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁该同学描绘出的I-U图像应是下图中的_【答案】电路如图；B【解析】用电压表V1和R5串联，可改装成量程为的电表，量程为200mA的A1与定值电阻R4并联改装成量程为的安培表，待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接电路；小灯泡的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的I-U图线应该是B.3.图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。（1）根据图1画出实验电路图；（2）调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的、所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V。所示读数为：_。两组数据得到的电阻分别为_和_。【答案】（1） （2）0.10A、0.24A、2.00V、0.27V.。 （8.30.1）和（2.70.1），如填为（2.70.1）和（8.30.1）也行。【解析】注意电流和电压的对应关系：电流小对应电压小。【点评】本题考查“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中实物图转换为电路图以及电流表、电压表的读数和电阻的计算，难度：中等。4.某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为_A该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将_只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为_W(保留两位小数)。【答案】连线如右图；0.44；4 2.22 2.28【解析】滑动变阻器要接成分压电路，如图所示。电流表每小格表示0.02A，所以电流表示数为0.44A当外电阻与内阻相等时，电源输出功率最大，即为1。此时外电压为,查图3知电压为1.5V时电流为0.37A，电阻则为,所以要有4个电阻并联才可以使功率最大。最大功率为.5.为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如下：A待测小灯泡(6V 500mA) B电流表A(0-0.6A 内阻约0.5)C电压表V(0-3V 内阻5k)D滑动变阻器R1(0-lk 100mA) E滑动变阻器R2(0-5 1.5A) F电阻箱R3(0-9999.9) G直流电源E(约6V，内阻不计)H开关S，导线若干 图甲 图乙(1)将电压表量程扩大为6V，与它串联的电阻箱的阻值应调为 k.(2)图甲中画出了实验的部分电路，请你补全电路图；滑动变阻器应选用 (选填Rl或R2).(3)实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5V-6.0V间变化，则电路中出现的故障可能是 (4)排除故障后，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，描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示若电压表V的实际阻值大于5k，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的 (选填上方或下方).【答案】（1）5 （2）电路如图所示，改装电压表、外接法（3）ac间断路 （4）上方【解析】（1）根据串联电路电阻与电压成正比，实验，所以。（2）把扩大量程后的电压表即原电压表与的电阻串联后画在电路中。因为小灯泡的内阻（约）比电压表内阻（扩大量程后为10）小很多而比电流表内阻（0.5）大不多，所以用电流表外接法。因为小灯泡的电阻较小，所以滑动变阻器选R2。（3）间断路后，滑动变阻器本来是分压器接法就变成了限流器接法，分压器可以使小灯泡分得的电压从0到额定电压（6V）之间连续变化，限流器只能使小灯泡分得的电压从某值到额定电压（6V）之间连续变化，所谓某值是滑动变阻器的阻值的最大值与小灯泡的分压值，大约为。为什么间断路后小灯泡两端的电压只能在3.5V-6.0V间变化呢？当滑动变阻器的滑动端P在b时，小灯泡电压为电源电动势6V（电源内阻不计）。当滑动变阻器的滑动端P在时，小灯泡电压如果按其电阻计，根据串联分压原理应该是,为什么是呢？这是因为小灯泡的电阻不是固定不变的，是在额定电压下的电阻，电压小了，电阻应该也小，那么怎么求呢？方法如下：在小灯泡的伏安特性曲线中再画一条电阻的伏安特性曲线如下图中的直线。然后用直尺试着画一条横线，使电流相等的情况下电阻的电压与小灯泡的电压之和等于6V，可以看出，此时，小灯泡的电压约为3.5V。（4）电压表扩大2倍量程，是根据计算出的串联电阻为，因电压表V的实际阻值大于5k，而串联电阻仍然为，则电压表扩大量程的倍数小于2，即对于每一个电流值，对应的实际电压小于伏安特性曲线上的值，即每个点要向左移，所以小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的上方。为了更清楚地说明这个问题，我们不妨用数据说话。设电压表V的实际阻值为6 k(大于5k)，则电压表扩大量程后的量程为，则原来的电压表读数的实际值都要乘以，根据题目提供的图象的点，得到数据表如下测量次数01234567电流表A读数I/A00.120.220.300.350.390.470.50电压表V读数U/V00.501.251.802.303.04.26.0电压修正值U/V00.461.151.652.112.753.855.5根据以上表格中的数据，用电脑Excel作图得到如下所示的图象，图象中，兰线表示原来的图象，红线表示若电压表V的实际阻值大于5k（例如）小灯泡实际的伏安特性曲线。从图线可以清楚地看出，小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的上方。 9
展开阅读全文