第二章 实验 测绘小灯泡的伏安特性曲线Word文档下载推荐.docx
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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,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.
图1
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相差不大,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
图2
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,即得小灯泡的伏安特性曲线,电路图如图2所示.
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、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
例1 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3________(选填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验,请说明理由:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
图3
(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4中所示的实验器材用实线连接成实物电路图.
图4
答案
(1)甲 描绘小灯泡的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,故电流表采用外接法.
二、实验数据的处理
例2 图5甲为“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡的额定电压为3V.
图5
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.
(2)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,滑片应停留在滑动变阻器的最________(选填“左”或“右”)端;
②闭合开关后,逐渐移动滑动变阻器的滑片,增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到额定电压;
③记录如下8组U和I的数据,断开开关.根据实验数据在图丙方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.
编号
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
小灯泡发
光情况
不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
(3)数据分析:
①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是___________________.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而________.
③小灯泡正常工作时的电阻约为________.(保留到小数点后一位)
答案
(1)见解析图
(2)①左 ③见解析图
(3)①先不变,后逐渐增大 ②增大 ③14.6Ω
解析
(1)与实物电路相对应的电路图如图所示.
(2)①为保护电路安全,开关闭合之前,题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.
③根据表格中的数据,画出小灯泡的I-U图线如图所示.
(3)①从图线上可以得知,当电压逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是先不变,后逐渐增大.
②图线表明导体的电阻随温度的升高而增大.
③根据I-U图线可得电压U=3V时,I=0.205A,所以小灯泡正常工作时的电阻约为R=Ω≈14.6Ω.
1.首先要根据表中数据选择合适的标度;
2.描点后用平滑的曲线连接,个别偏离较远的点应舍去.
1.在图6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6
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<
R真
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.“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,提供的实验器材有:
A.小灯泡(额定电压为3.8V,额定电流约为0.3A)
B.电流表A(0~0.6A,内阻约为0.5Ω)
C.电压表V(0~6V,内阻约为5kΩ)
D.滑动变阻器R1(0~10Ω,2A)
E.滑动变阻器R2(0~100Ω,0.2A)
F.电源(6V,内阻不计)
G.开关及导线若干
(1)实验中滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”).
(2)该同学设计了实验测量电路,通过改变滑动变阻器滑片的位置,使电流表的读数从零开始变化,记录多组电压表的读数U和电流表的读数I.请在图7甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整.
图7
(3)该同学根据实验数据作出了如图乙所示的U-I图象,根据图象可知小灯泡的电阻随着电流的增大而________(选填“增大”“减小”或“不变”).
答案
(1)R1
(2)如图所示 (3)增大
解析 “描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应该设计成分压电路,滑动变阻器选择阻值范围小的R1.由于小灯泡电阻小,采用电流表外接电路.根据图象可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大.
1.有一未知电阻Rx,为较准确地测出其阻值,先后用图1中甲、乙两种电路进行测试,利用甲图测得的数据是“2.8V 5.0mA”,而用乙图测得的数据是“3.0V 4.0mA”,那么该电阻测得的较为准确的情况是( )
A.560Ω,偏大B.560Ω,偏小
C.750Ω,偏小D.750Ω,偏大
答案 D
解析 由于=<=,即电流表的变化大,电压表的分流作用大,根据试触法的原则,可知用电流表内接法比较准确,用题图乙电路,此时电阻为R===750Ω.在电流表的内接法中,测量值大于真实值,故选D.
2.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