1、实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线目录课前预习基础落实课堂互动考点突破课前预习基础落实【实验目的】1描绘小电珠的伏安特性曲线。2分析曲线的变化规律。【实验原理】1描绘小电珠的伏安特性曲线用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在IU 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。2滑动变阻器的限流接法和分压接法(1)两种接法比较(2)分压和限流电路的选择原则(3)两种接法的适用情况若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待
2、测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式电路。若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压式电路。若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低。【实验器材】小电珠(“3.8 V，0.3 A”或“2.5 V，0.6 A”)一个、电压表(03 V15 V)与电流表(00.6 V3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值 20 )一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。【实验过程】1
3、确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按图实1 所示的原理图连接好实验电路。2把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关 S。3改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数 I 和 U，记入记录表格内，断开开关 S。4在坐标纸上以电流 I 为纵轴，以电压 U 为横轴建立坐标系，并选取适当的单位。用描点法在坐标纸上标出各组 U、I 值对应点的位置。用平滑曲线将各点依次连接起来，便得到小电珠的伏安特性曲线。分析小电珠伏安特性曲线的变化规律。5断开电源，整理好器材。【误差分析】1由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影
4、响会带来误差，电流表外接，则电流示数偏大。2测量时读数带来误差。3在坐标纸上描点、作图带来误差。【注意事项】1本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。2本实验要作出 IU 图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法。3为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的 a 端。4加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。5连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，绝对不要画成折线。课堂互动考点突破考点一 实验原理与操作例 1 (浙江理综) 图实2 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
5、实2 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实3 中的、所示，电流表量程为 0.6 A，电压表量程为 3 V。所示读数为：_、_、_、_。两组数据得到的电阻分别为_和_。解析 (1)图见答案。(2)由图可知，量程为 0.6 A 的电流表的分度值为 0.02 A，采用“半格估读法” ，的读数为0.10 A，的读数为 0.24 A；量程为 3 V 的电压表的分度值为 0.1 V，应采用“ 估读”法，110故、的读数分别为 2.00 V 与 0.27 V。因小灯泡通过的电流随其两端电压的增大而增大，故与、与分别对应，故由欧姆定律 R 可得两组数据得到的电阻分别为 R1
6、 UI 2.000.248.3 、 R2 2.7 。0.270.10答案 (1)如图所示(2)0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.27 V(8.30.1) (2.70.1)如填为“(2.70.1)(8.30.1)特别提醒 “测定金属的电阻率”与“描绘小灯泡的伏安特性曲线”两个实验都是电阻的测量实验，但描绘小灯泡的伏安特性曲线必须要求电压从零开始调节，故滑动变阻器必须采用分压式接法，而测量金属的电阻率的实验电流表的内、外接和滑动变阻器的接法需要依据待测电阻的阻值大小来确定。考点二 器材、电路的选择与数据处理例 2 (天津理综)要描绘一个标有“3 V、0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯
7、泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作。已选用的器材有：电池组(电动势为 4.5 V，内阻约 1 )；电流表(量程为 0250 mA，内阻约 5 )；电压表(量程为 03 V，内阻约 3 k)；电键一个、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 20 ， 额定电流 1 A)B滑动变阻器(最大阻值 1 750 ，额定电流 0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号)。(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图实4 所示。如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V，内阻为 5 的电源两端，小灯泡消耗的功率是_W。解析 (1)测
8、绘小灯泡的伏安特性曲线，要求能较大范围测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的 A。(2)灯泡的电阻 R 15 ，额定电流 I 0.2 A，由 R15 ，依U2P PU RARV 15 000据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选 B。(3)在灯泡的 IU 图上作出电源的 IU 图线，交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压，此时 P 灯 IU0.11 W0.1 W。答案 (1)A (2)B (3)0.1考点三 创新实验剖析1电阻元件的伏安特性曲线能反映电阻元件的电流随电压的变化规律，能反映元件的电阻变化情况，也可利用伏安特性曲线求解
9、电压、电流、功率等物理量。因此实际问题中常利用本实验的器材、实验方法描绘二极管、电动机、电池等元件的伏安特性曲线。2实验的控制电路一般用分压接法，但测量电路则需要根据电压表、电流表的内阻与待测元件的电阻之间的大小关系确定。例 3 (广东理综)某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为 3 k)、电流表(内阻约为 1 )、定值电阻等。(1)使用多用电表粗测元件 X 的电阻。选择“1”欧姆挡测量，示数如图实5 甲所示，读数为_。据此应选择图实5 中的_填“乙”或“丙”电路进行实验。(2)连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动，电流表的示数
10、逐渐_(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y，重复实验。(3)图实6 是根据实验数据作出的 UI 图线，由图可判断元件_(填“X”或“Y”)是非线性元件。(4)该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势 E和内阻 r，电路如图实7 所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V；断开 S2，读数为 1.00 V。利用图实6 可算得 E_V，r_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。解析 (1)测量值读数倍率，故测量结果为 10.01 10.0 ，因 Rx10.0 RARV 3 000， Rx属于小电阻，故测量电路应采用电流表外接法。(2)滑片 P 向右滑动时测量电路两端的电压增大，故电流表的示数也增大。(3)非线性元件的 U I 图线是曲线。(4)由题图可知 U13.00 V 时 I10.30 A，U 21.00 V 时 I20.10 A，根据闭合电路欧姆定律有 E3.000.30r，E1.000.10(r21)，解得 E3.15 V3.2 V，r0.50 。答案 (1)10.0 乙 (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50
