1、精選優質文檔-傾情為你奉上一、測繪小燈泡的伏安特性曲線歐陽光明（2021.03.07）1實驗原理(1)測多組小燈泡的U、I，并繪出IU圖象；(2)由圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系2實驗器材小燈泡“3.8V,0.3A”、電壓表“03V15V”、電流表“00.6A3A”、滑動變阻器、學生電源、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆3實驗步驟(1)畫出電路圖(如圖甲)(2)將小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、開關用導線連接成如實驗原理圖乙所示電路(3)測量與記錄移動滑動變阻器觸頭位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數據填入自己設計的表格中(4)數據處理在坐標紙上以U為橫軸，

2、I為縱軸，建立直角坐標系在坐標紙上描出各組數據所對應的點將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線4實驗器材選取(1)原則：安全；精確；操作方便(2)具體要求電源允許的最大電流不小于電路中實際最大電流干電池中電流一般不允許超過0.6A.用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值電壓表或電流表的指針應偏轉到滿刻度的以上從便于操作來考慮，限流式接法要選用與待測電阻相近的滑動變阻器，分壓式接法要選用小阻值滑動變阻器5規律方法總結1滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較兩種接法的電路圖負載R上電壓的調節范圍UE0UE負載R上電流

3、的調節范圍I0I2.兩種接法的適用條件(1)限流式接法適合測量阻值較小的電阻(跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)(2)分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的總電阻要大)3注意事項(1)電流表外接法：本實驗中被測小燈泡燈絲的電阻值較小，因此測量電路必須采用電流表外接法(2)滑動變阻器應采用分壓式接法：本實驗要作出UI圖象，要求測出多組包括零在內的電流、電壓值，故控制電路必須采用分壓式接法(3)保護元件安全：為保護元件不被燒毀，開關閉合前滑動變阻器的滑片應位于最大電阻處，加在小燈泡兩端的電壓不要超過其額定電壓4誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內阻并非無

4、窮大，對電路的影響會帶來誤差，電流表外接，由于電壓表的分流，使測得的電流值大于真實值(2)測量時讀數帶來誤差(3)在坐標紙上描點、作圖帶來誤差.例1某學習小組的同學擬探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：小燈泡L，規格“4.0V0.7A”；電流表A1，量程3A，內阻約為0.1；電流表A2，量程0.6A，內阻r20.2；電壓表V，量程3V，內阻rV9k；標準電阻R1，阻值1；標準電阻R2，阻值3k；滑動變阻器R，阻值范圍010；學生電源E，電動勢6V，內阻不計；開關S及導線若干甲同學設計了如圖1甲所示的電路來進行測量，當通過L的電流為0.46A時，電壓表的示數如圖乙所示，此時L的電阻為

5、_.甲乙圖1乙同學又設計了如圖2所示的電路來進行測量，電壓表指針指在最大刻度時，加在L上的電壓值是_V.圖2圖3學習小組認為要想更準確地描繪出L完整的伏安特性曲線，需要重新設計電路請你在乙同學的基礎上利用所供器材，在圖3所示的虛線框內補畫出實驗電路圖，并在圖上標明所選器材代號答案54見解析圖解析電壓表的示數U2.30V，所以燈泡L的電阻RL5.由題圖知電壓表V與R2串聯，根據串聯分壓，當電壓表V的示數為3V時，R2兩端的電壓U2R2×3000V1V，所以燈泡兩端的電壓UUVU2(31) V4V.要想更準確地描繪出L完整的伏安特性曲線，則電壓表的量程應變為4.0V，電流表的量程應變為0

6、.7A，因此將電壓表V與標準電阻R2串聯改裝成量程為4.0V的電壓表，將電流表A2與標準電阻R1并聯改裝成量程為0.6AA0.72A的電流表故虛線框內實驗電路如圖所示例2物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2，然后根據公式計算出該燈泡的額定電壓UV1.22V他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據測量數據來繪燈泡的UI圖線，進而分析燈泡的額定電壓A電壓表V(量程3V，內阻約3k)B電流表A1(量程150mA

7、，內阻約2)C電流表A2(量程500mA，內阻約0.6)D滑動變阻器R1(020)E滑動變阻器R2(0100)F電源E(電動勢4.0V，內阻不計)G開關S和導線若干H待測燈泡L(額定功率0.75W，額定電壓未知)(1)在下面所給的虛線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇_(填“A1”或“A2”)；滑動變阻器選擇_(填“R1”或“R2”)(2)在實驗過程中，該同學將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電壓達到1.23V時，發現燈泡亮度很暗，當達到2.70V時，發現燈泡已過亮，便立即斷開開關，并將所測數據記錄在下邊表格中.次數1234567U/V0.200.601.001.40

8、1.802.202.70I/mA80155195227255279310請你根據實驗數據在圖4中作出燈泡的UI圖線圖4(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應為_V；這一結果大于1.23V，其原因是_解析(1)根據PI2R，估算燈泡的電流大約是600mA，因此電流表應選A2；本實驗要描繪出燈泡的UI圖線，需要測量多組數據，因此滑動變阻器應接成分壓式，所以應選阻值較小的R1；小燈泡電阻不大，電流表應外接；(2)如圖所示(3)由PUI0.75W，再結合圖象可知U額2.5V；大于1.23V的原因是由于燈泡冷態電阻小于正常工作時的電阻答案(1)電路原理圖如圖所示A2R1(2)見解析圖(3)2.5(2.42.

9、6)燈泡冷態電阻小于正常工作時的電阻(或燈泡電阻隨溫度升高而變大)二、UI圖象的物理意義及其應用用圖象表示物理規律具有直觀、形象、簡便、具體等顯著優點，運用圖象分析討論某些物理問題不僅可以避免公式法繁鎖的數字計算，而且可以對物理概念和物理規律理解更加深刻。現對UI圖象作出分析。一、UI 圖象的物理意義圖1在電動勢和內電阻r固定的電源兩端接一阻值為R的純電阻用電器，組成一閉合電路，如圖1所示，若用U表示閉合電路的路端電壓，I 表示通過電源的電流強度，則有以下規律：U=IR，U=Ir在UI坐標系上分別畫出以上函數的圖象，即直線OP和AB，如圖2所示，這個圖象包含的物理意義有：IUOU1I1IMAB

10、CP1、截距：直線AB在縱軸上的截距表示電源電動勢，在橫軸上的截距表示短路電流IM=/r2、斜率：直線OP的斜率表示外電路電阻R，直線AB斜率的負值表示電源的內電阻r。圖23、交點：直線OP和AB的交點為C，其橫坐標值表示這時閉合電路的電流強度I1，縱坐標值表示這時的路端電壓或外電路兩端的電壓U1，圖中CD值表示這時電源的內電壓Ur 。4、面積：矩形DI1OA的面積S1的數值表示這時電源的總功率，矩形CI1OU1的面積S2的數值表示這時電源的輸出功率，兩塊面積之差S=（S1S2）的數值表示這時電源內部發熱消耗的功率，兩塊面積之比S2S1的數值表示這時電源的效率。二、UI 圖象的應用1、分析物理

11、量的變化規律(1)路端電壓、電流強度隨外電阻的變化規律直線OP的斜率表示閉合電路外電阻的阻值R，當外電阻R增大時，直線OP與直線AB的交點C將沿BA線向A靠近，從圖2可知，交點C的橫坐標變小，而縱坐標變大，這就直觀地說明了“路端電壓隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減小；電流強度隨外電阻的增大而減小，隨外電阻的減小而增大”這一規律，當R時，OP與縱軸重合，C點與A點重合，顯而易見，此時外電路斷開，I變為零，路端電壓變至最大為U=；反之，當R0時，直線OP與橫軸無限地靠近，IIM，U0。(2)電源輸出功率隨外電阻的變化規律。圖3IUOUIIMABCP電源的輸出功率可用圖3中畫斜線的矩形面積來

12、表示，當外電阻R由零逐漸增至無限大時，不難看出這塊面積先由小變大，再由大變小，這表示在變化中存在最大值，根據數學知識不難知道，當直線OP與直線AB交點C取AB中點時，矩形面積最大，此時I=IM /2=/2r，U=/2，對應的外電阻R=U/I=r，電源的最大輸出功率Pmax=UI=2/4r。從而得到“當外電路的電阻R等于電源的內阻r時，電源的輸出功率最大，為2/4r這一規律。(3)電源的效率隨外電阻的變化規律IUOU1I1IMABCP2(R= r)P3(R< r)P1(R> r)I3/2rU3/2圖4電源的效率可用圖2中矩形CI1OU1的面積和矩形DI1OA的面積之比來表示，當外電阻R由零逐漸增大時，由圖4不難看出兩塊面積之比在增大。當R= r時，表示電源輸出功率的矩形面積是表示電源總功率的矩形面積的一半。因此，這時電源的效率為50%。從而得到了“電源效率隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減小。當外電阻R等于內電阻r時，電源的效率為50%”這一規律。2、分析實驗誤差伏安法測電阻的實驗誤差AAVR用伏安法測電阻，由于電表內阻存在，不可避免地改變了電路本身，這就給測量結果帶來了誤差。現用UI圖象來討論外接法電路中的實驗誤差。圖5圖6如圖5所示，閉合電鍵K，改變滑動變阻器的阻值，每改變一次，就得到一組U、I值，取幾出組數值作出UI圖IUOU2U1I1PI2I2/I1