實驗：描繪I-U特性曲線學習目標：1．進一步掌握滑動變阻器的兩種接法與電流表內接法、外接法的選擇?！?/span>2．能根據(jù)需要正確選擇測量儀器及電表量程?！?/span>3．會根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù)分析小燈泡的伏安特性曲線，并進行相關分析?！?/span>4．嘗試進行實驗誤差的分析，了解測量中減小誤差的方法。一、實驗原理與方法用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組(I，U)值，在I-U坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來，即得小燈泡的伏安特性曲線，電路圖如圖所示。二、實驗器材學生電源(4～6 V直流)或電池組、小燈泡(“4 V　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關、導線若干、鉛筆、坐標紙。三、實驗步驟1．根據(jù)小燈泡上所標的額定值，確定電流表、電壓表的量程，按圖所示的電路圖連接好實物圖。(注意開關應斷開，滑動變阻器與小燈泡并聯(lián)部分電阻為零)2．閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I。3．用同樣的方法測量并記錄幾組U和I，填入下表。次數(shù)12345678電壓U/V        電流I/A        4．斷開開關，整理好器材。四、數(shù)據(jù)處理1．在坐標紙上以U為橫軸、I為縱軸建立直角坐標系。2．在坐標紙中描出各組數(shù)據(jù)所對應的點。3．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．結果：描繪出的小燈泡燈絲的伏安特性曲線不是直線，而是向橫軸彎曲的曲線。5．分析：燈泡燈絲的電阻隨溫度變化而變化。曲線向橫軸彎曲，即曲線上的點與原點的連線的斜率變小，電阻變大，說明小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而增大。五、誤差分析1．系統(tǒng)誤差：由于電壓表不是理想電表，內阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差。2．測量誤差：測量時讀數(shù)帶來誤差。3．作圖誤差：在坐標紙上描點、作圖帶來誤差。六、注意事項1．因I-U圖線是曲線，本實驗要測出多組包括零在內的電壓值、電流值，因此滑動變阻器應采用分壓式接法。2．由于小燈泡的電阻較小，故采用電流表外接法。3．畫I-U圖線時縱軸、橫軸的標度要適中，使所描繪圖線占據(jù)整個坐標紙為宜，不要畫成折線，應該用平滑的曲線連接，個別偏離較遠的點應舍去。【例1】　一個小燈泡上標有“4 V　0.5 A”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的I-U圖線?，F(xiàn)有下列器材供選擇：A．電壓表(0～5 V，內阻約10 kΩ) B．電壓表(0～15 V，內阻約20 kΩ)C．電流表(0～3 A，內阻約1 Ω)D．電流表(0～0.6 A，內阻約0.4 Ω)E．滑動變阻器(10 Ω，2 A)F．滑動變阻器(500 Ω，1 A)G．電源(直流6 V)、開關、導線若干甲　　　　　　　乙(1)實驗時，選用圖中________(填“甲”或“乙”)電路圖來完成實驗，請說明理由：____________________________________________________________。(2)實驗中所用電壓表應選________，電流表應選________，滑動變阻器應選________。(用字母序號表示)(3)把圖所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖。[解析]　(1)因實驗目的是要描繪小燈泡的伏安特性曲線，需要多次改變小燈泡兩端的電壓，故采用題圖甲所示的分壓式電路合適，這樣電壓可以從零開始調節(jié)，且能方便地測多組數(shù)據(jù)。(2)小燈泡額定電壓為4 V，因15 V的量程太大，讀數(shù)誤差大，則電壓表選0～5 V的A而舍棄0～15 V的B。小燈泡的額定電流I＝0.5 A，則電流表只能選D，滑動變阻器F的最大阻值遠大于小燈泡內阻8 Ω，調節(jié)不方便，電壓變化與滑動變阻器使用部分的長度線性關系差，故舍去，選用E。(3)小燈泡內阻為電流表內阻的＝20倍，電壓表內阻是小燈泡內阻的＝1 250倍，故電流表應選用外接法。[答案]　(1)甲　描繪燈泡的I-U圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多測幾組數(shù)據(jù)　(2)A　D　E(3)如圖所示【例2】　圖甲為“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡的額定電壓為3 V。甲　　　　　　　　　　乙丙(1)在圖乙方框圖中畫出與實物電路相對應的電路圖。(2)完成下列實驗步驟：①閉合開關前，調節(jié)滑動變阻器的滑片，滑片應停留在滑動變阻器的最________(選填“左”或“右”)端；②閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達到額定電壓；③記錄如下8組U和I的數(shù)據(jù)，斷開開關。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖丙方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205小燈泡發(fā)光情況不亮　　微亮　　逐漸變亮　　正常發(fā)光(3)數(shù)據(jù)分析：①從圖線上可以得知，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是_________________________________________________。②圖線表明導體的電阻隨溫度的升高而________。③小燈泡正常工作時的電阻約為________。(保留到小數(shù)點后一位)[解析]　(1)與實物電路相對應的電路圖如圖(a)所示。(a)(2)①為保護實驗器材，開關閉合之前，題圖甲中滑動變阻器的滑片應該置于最左端。③根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫出小燈泡的I-U圖線如圖(b)所示。(b)(3)①從圖線上可以得知，當電壓逐漸增大時，燈絲電阻的變化情況是先不變，后逐漸增大。②圖線表明導體的電阻隨溫度的升高而增大。③電壓U＝3 V時，I＝0.205 A，所以小燈泡正常工作時的電阻R＝ Ω≈14.6 Ω。[答案]　(1)見解析圖(a)　(2)①左?、垡娊馕鰣D(b)  (3)①先不變，后逐漸增大?、谠龃蟆、?4.6 Ω1．現(xiàn)要測定一個銘牌上標有“3 V,0.4 A”的小燈泡的伏安特性曲線，要求所測電壓范圍為0～3 V?，F(xiàn)有器材：直流電源E(電動勢4.5 V，內阻不計)電壓表V1(量程3 V，內阻約為3 kΩ)電壓表V2(量程15 V，內阻約為15 kΩ)電流表A1(量程200 mA，內阻約為2 Ω)電流表A2(量程400 mA，內阻約為1 Ω)滑動變阻器R(最大阻值為20 Ω)開關S，導線若干。(1)如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應該選用的電壓表是________(填“V1”或“V2”)，選用的電流表是________(填“A1”或“A2”)。(2)將測量小燈泡電阻的實驗電路圖畫在方框內，并在圖中標明各元件的符號。[解析]　(1)燈泡的額定電壓為3 V，則電壓表選V1；小燈泡的額定電流I＝0.4 A＝400 mA，故電流表應選量程為400 mA的A2；(2)小燈泡的電阻R＝＝7.5 Ω，由于R?RV1，故應選電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法，電路圖如圖所示。[答案]　(1)V1　A2　(2)見解析圖2．為描繪小燈泡的伏安特性曲線，實驗室備有下列器材：A．小燈泡(額定電壓6 V，額定電流600 mA)B．電流表(量程0～0.6 A，內阻約為0.5 Ω)C．電流表(量程0～3 A，內阻約為0.1 Ω)D．電壓表(量程0～6 V，內阻約為10 kΩ)E．滑動變阻器R1(0～10 Ω，2 A)F．滑動變阻器R2(0～100 Ω，1.5 A)G．直流電源E(約6 V)H．開關、導線若干(1)實驗中電流表應選用________，滑動變阻器應選用______。(填器材前的字母代號)(2)請用筆畫線代替導線，將圖甲電路連接完整。甲乙(3)實驗電路連接正確，閉合開關，從最左端向最右端調節(jié)滑動變阻器滑片，記錄電流表和電壓表相應示數(shù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系中描點，如圖乙所示，則電路發(fā)生的故障是______________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　(1)由于小燈泡的額定電流為600 mA＝0.6 A，因此電流表選用；由于滑動變阻器采用分壓式接法，為了調節(jié)方便，應選用最大阻值較小的滑動變阻器，即選用R1。(3)閉合開關以后，調節(jié)滑動變阻器的滑片從最左端向最右端移動的過程中，由題圖乙的描點可以看出，電壓調節(jié)范圍小且沒有從零開始變化，由此可以判斷電源負極與滑動變阻器左下接線柱間的電路斷路，使電路變成了限流電路。[答案]　(1)B　E　(2)如圖所示　(3)電源負極和滑動變阻器左下接線柱間的電路斷路3．某物理學習小組描繪一只小燈泡(2.5 V　0.48 A)的伏安特性曲線，有下列器材供選用：A．電壓表(0～3 V，內阻6 kΩ)B．電壓表(0～15 V，內阻30 kΩ)C．電流表(0～3 A，內阻0.1 Ω)D．電流表(0～0.6 A，內阻0.5 Ω)E．滑動變阻器(0～10 Ω，5 A)F．滑動變阻器(0～1 kΩ，0.1 A)G．電源(3 V，內阻不計)H．開關一個，導線若干。(1)電壓表應選用________，電流表應選用________，滑動變阻器應選用________。(用序號字母表示)(2)如圖所示，圖中有幾根導線已經接好，為完成本實驗，請用筆畫線代替導線，將電路補畫完整，要求盡量減小實驗誤差。(3)下表中的數(shù)據(jù)是該小組在實驗中測得的，請在坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點，用“×”表示，并繪出I-U圖線。根據(jù)I-U圖線可知，該小燈泡燈絲溫度升高時，電阻________(填“變大”或“變小”)。U/V0.000.400.801.001.201.501.802.002.202.50I/A0.000.170.270.300.350.390.430.450.470.48[解析]　(1)燈泡額定電壓2.5 V，電壓表應選A；燈泡額定電流I＝0.48 A，電流表選D；為方便操作，滑動變阻器應選總阻值較小的E。(2)描繪小燈泡伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；燈泡正常發(fā)光時的電阻較小，故電流表應采用外接法。(3)根據(jù)描點法得出對應的圖像如圖所示；由圖可知，電阻隨溫度的升高而變大。[答案]　(1)A　D　E　(2)如圖所示(3)如圖所示　變大4．某學習小組通過實驗來研究電器元件Z的伏安特性曲線。他們在實驗中測得電器元件Z兩端的電壓與通過它的電流的數(shù)據(jù)如下表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215現(xiàn)備有下列器材：A．內阻不計的6 V電源；B．量程為0～3 A的內阻可忽略的電流表；C．量程為0～0.3 A的內阻可忽略的電流表；D．量程為0～3 V的內阻很大的電壓表；E．阻值為0～10 Ω，額定電流為3 A的滑動變阻器；F．開關和導線若干。(1)這個學習小組在實驗中的電流表應選________(填器材前面的字母)。(2)請你從圖中的實驗電路圖中選出最合理的一個________。A　 　　　B　 　　　C　　　　D(3)利用表格中數(shù)據(jù)繪出的電器元件Z的伏安特性曲線如圖所示，分析曲線可知該電器元件Z的電阻隨U變大而________(填“變大”“變小”或“不變”)；(4)若把電器元件Z接入如圖所示的電路中時，電流表的讀數(shù)為0.150 A，已知A、B兩端電壓恒為2 V，則定值電阻R0阻值為________Ω。(結果保留兩位有效數(shù)字)[解析]　(1)由數(shù)據(jù)表可知，電路中的最大電流為0.215 A，所以電流表應選擇C；(2)從數(shù)據(jù)表可知要求電流從零開始變化，所以滑動變阻器應采用分壓式接法；由于電流表與電壓表均為理想電表，所以電流表采用外接法和內接法都可，故選D；(3)由I-U圖像可知，圖像上的點與原點連線的斜率越來越小，而I-U圖像中圖像上的點與原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，故可知元件Z的電阻隨U的變大而變大；(4)由I-U圖像可讀出電流I＝0.150 A時，對應的電壓U2＝1.00 V，所以元件Z的電阻為：RZ＝由電路圖可知：R0＋RZ＝代入數(shù)據(jù)解得：R0≈6.7 Ω。[答案]　(1)C　(2)D　(3)變大　(4)6.75．要描繪一個標有“3 V,0.3 A”小燈泡的伏安特性曲線，要求燈泡兩端的電壓由零逐漸增加，且盡量減小實驗誤差。已選用的器材除導線、開關外，還有：電池組(電動勢為4.5 V，內阻約為1 Ω)電流表(量程為0～0.6 A，內阻約為1 Ω)電壓表(量程為0～3 V，內阻約為3 kΩ)滑動變阻器(最大阻值為20 Ω，額定電流為1 A)(1)實驗電路應選用下列圖中的________(填字母代號)。A　　　　 　　B　　　　　　　C(2)按照(1)中選擇的電路進行連線，如圖甲所示，其中應該去掉的導線是________(選填相應的字母)。甲　　　　　　　　　乙(3)閉合開關前滑動變阻器的滑片應該置于最________端(選填“左”或“右”)。(4)以電壓表的讀數(shù)U為橫軸，以電流表的讀數(shù)I為縱軸，根據(jù)實驗得到的多組數(shù)據(jù)描繪出小燈泡的伏安特性曲線，如圖乙所示。由圖可知：隨著電壓的增大，小燈泡的電阻________(選填“增大”或“減小”)。[解析]　(1)本實驗要求小燈泡兩端的電壓從零逐漸增加，故滑動變阻器應采用分壓式接法；由于燈泡內阻較小，因此應采用電流表外接法，故選擇B電路。(2)由題圖可知，電壓表左側分別接了兩條導線，由于本實驗應采用電流表外接法，故應將導線b去掉。(3)由題圖可知，測量部分與滑動變阻器左側并聯(lián)，為了讓電壓從零開始調節(jié)，滑片開始時應置于最左端。(4)I-U圖像中圖線上的點與坐標原點的連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，則可知，隨著電壓的升高，小燈泡的電阻增大。[答案]　(1)B　(2)b　(3)左　(4)增大6．某同學研究小燈泡的伏安特性。所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程3 V，內阻3 kΩ)；電流表(量程0.5 A，內阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1 000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內阻不計)；開關S；導線若干。(1)實驗要求能夠實現(xiàn)在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，在方框內畫出實驗電路原理圖。(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖所示。由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________(填“增大”“不變”或“減小”)。[解析]　(1)電壓表量程為3 V，要求能夠實現(xiàn)在0～3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，需要給電壓表串聯(lián)一個定值電阻擴大量程，題目中要求小燈泡兩端電壓從零開始，故滑動變阻器用分壓式接法，小燈泡的電阻RL＝＝ Ω＝11.875 Ω，因＜，故電流表用外接法，實驗電路原理圖如圖所示。(2)由I-U圖像知，隨著電流的增加圖像中的點與坐標原點連線的斜率在減小，則燈泡的電阻隨電流的增加而增大。[答案]　(1)見解析圖　(2)增大7．某同學用下列器材描繪額定電壓為3.0 V的小燈泡的伏安特性曲線(要求電壓變化從零開始)。A．電流表(0.6 A,1 Ω)B．電壓表(3 V,1 kΩ)C．滑動變阻器(10 Ω，1 A)D．電源(4 V，內阻不計)甲　　　　　　　　　　乙丙(1)請你在圖甲的實物連接圖中，把還需連接的導線補上。(2)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應置于________端(選填“左”或“右”)。(3)閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)逐漸增大，電流表指針卻幾乎不動，則電路的故障為__________________。(4)排除故障后，某次測量時電流表的指針位置如圖乙所示，其讀數(shù)為________ A。(5)小明完成實驗后，由實驗數(shù)據(jù)畫出小燈泡的I-U圖像，如圖丙中實線所示，由圖可確定小燈泡在電壓為2.0 V時的電阻為________ Ω(保留兩位有效數(shù)字)。[解析]　(1)該實驗要求電壓從零調節(jié)，因此滑動變阻器應采用分壓式接法，由于燈泡的電阻很小，因此電流表應采用外接法，由此可連接實物圖，如圖所示。(2)開始實驗之前，要使滑動變阻器的輸出電壓為零，根據(jù)電路圖可知滑動變阻器的滑片應置于左端。(3)電壓表有示數(shù)，說明電壓表的兩個接線柱和電源的兩極連接的電路中無斷路；電流表指針幾乎不動，說明電路中電阻很大，可能是斷路了，故出現(xiàn)這種情況的可能性是小燈泡斷路。(4)本實驗中電流表選擇0.6 A量程，電流表的最小分度為0.02 A，故指針的示數(shù)為0.25 A。(5)根據(jù)燈泡的I-U圖像可知，當燈泡的電壓為2.0 V時，燈泡的電流約為0.185 A，因此此時燈泡的電阻R＝＝ Ω≈11 Ω。[答案]　(1)見解析圖　(2)左　(3)小燈泡斷路  (4)0.25　(5)11 

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