11.2拓展 实验：测灯泡的伏安特性曲线 (人教版新教材)高中物理必修三第十一章【知识点+练习】

第十一章 电路及其应用
2 导体的电阻
拓展 实验：测灯泡的伏安特性曲线
伏安法测电阻需注意的几点事项． 1．电表的选择：
(1)首先保证电表的安全性：在实验中保证电表不会被烧坏．所以在伏安法电表的选择中首先选电压表，电压表一般略小于电源电动势．
(2)其次保证实验的准确性：尽可能误差小．要求电表读数不能小于量程的13，最好在2
3
和量程之
间．所以测电阻中电流表的选择：一般根据所选电压表量程除以被测元件的电阻获得的电流进行选择．
(3)对测灯泡的伏安特性曲线：灯泡上标有额定电压和额定功率．电压表的选择：依据额定电压．电流表的选择：依据额定功率除以额定电压获得的电流．
表内接法，测量值比真实值偏大；测小电阻采用电流表外接法，测量值比真实值偏小．
3．滑动变阻器在电路中的接法选择．
使用的接线柱滑动变阻器上、下各有一个接线
柱接入电路
电阻丝两端的接线柱同时接入电
路，金属杆两端的接线柱只有一
个接入电路
①要求回路中的某部分电路的电压从0开始连续变化，必须选择分压接法．
②若题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够，则选择分压接法．
③滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻时，必须选择分压接法．
④分压接法、限流接法都可以时，因为采用限流接法能耗小，优先采用限流接法．
【实验目的】
1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．
2．分析图象规律．
【实验原理】
根据欧姆定律，在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，即U－I图线是一条过原点的直线．
但是实际电路中由于各种因素的影响，U－I图线就可能不是直线．用伏安法
分别测出灯泡两端电压及流过的电流便可绘出U－I图线，其原理图如图所示．【实验器材】
小灯泡一只，电压表、电流表各一只，滑动变阻器(20欧姆)一只，电池一组，
开关一只，导线若干．
【实验步骤】
1．确定电压表的量程，为减小误差采用安培表外接法，按图所示的原理电路图连接好实验电路．2．把滑动变阻器的滑动片调节到最左端位置，电路经检查无误后，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，记入表格内．4．拆去实验线路，整理好实验器材．
【数据处理】
1．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压．
2．在坐标纸中描出各组数据所对应的点．(坐标系中纵轴和横轴要适中，以使所描图线占据整个坐标纸为宜)．
3．用平滑曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特性曲线．
4．结果：得到的不是一条倾斜的直线，而是一条偏向电压轴的平滑曲线．
原因：小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大．
【误差分析】
1．系统误差：由于电表是不理想电表，电流表电阻不是0，电压表电阻不是无穷大．外接法形成误差的结果是电压表分流的原因，造成误差偏小．
2．测量误差：测量读数造成．
【注意事项】
1．本实验要作出I－U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．
2．由于小灯泡电阻较小，故应采用电流表外接法．
3．开关闭合前变阻器滑片移到接入电路中的阻值最小处．(保证电流、电压从0开始)．
4．开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．
5．所画线为曲线的原因是金属的电阻率随温度升高而变大．
【例1】有一灯泡上标有“6 V 0.1 A”字样，现要测绘该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：
A．电压表（0~5 V，内阻2.0 kΩ）
B．电压表（0~10 V，内阻3.0 kΩ）
C．电流表（0~0.3 A，内阻2.0 Ω）
D．电流表（0~6 A，内阻1.5 Ω）
E．滑动变阻器（30 Ω，2 A）
F．滑动变阻器（100 Ω，0.5 A）
G．学生电源（直流9 V）及开关、导线等
（1）实验中所用的电压表应选__________，电流表应选__________，滑动变阻器应选____________。

（2）本实验要求电压从零开始测量，所以从下列电路图中选出正确的实验电路图
【例2】有一未知电阻R x，为了较准确地测出其阻值，先用如图所示a、b两种电路进行测量，利用图a测得的数据为“2.7 V，50 mA”，利用图b测得的数据为“2.8 V，4.0 mA”，那么该电阻测得的值中较准确得数值及它比真实值偏大或偏小的情况是()
A．540 Ω，偏大B．540 Ω，偏小
C．700 Ω，偏小D．700 Ω，偏大
随堂练习
1．为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是()
2．以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤．
A．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数(U，I)，移动滑动变阻器的滑片位置，每移动一次记下一组(U，I)值，共测出12组左右的数据，
B．将电流表、电压表、滑动变阻器、灯泡、电源、开关正确连接成电路，电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法，如图所示．
C．调节滑片位置，使闭合开关前滑片处于滑动变阻器的最左端．
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．
(1)以上各步骤中存在错误或不足的是________．
(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列起来________．
3．测定小灯泡“6 V 3 W”的伏安特性曲线，要求实验中小灯泡两端的电压从零开始连续可调．供选择的器材有：电压表○V(量程6 V，内阻20 kΩ)，电流表(量程3 A，内阻0.2 Ω)，电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，变阻器R1(0～100 Ω，0.5 A)，变阻器R2(0～20 Ω，0.2 A)，学生电源E(6 V～8 V)、开关及导线若干．选择出符合实验要求的实验器材并设计出实验电路．
4．在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6 V 3 W”，其他可供选择的器材有：
电压表V1(量程6 V，内阻20 kΩ)
电压表V2(量程20 V，内阻60 kΩ)
电流表A1(量程3 A，内阻0.2 Ω)
电流表A2(量程0.6 A，内阻1 Ω)
变阻器R1(0～1 000 Ω，0.5 A)
变阻器R2(0～20 Ω，0.5 A)
学生电源E(6～8 V)
开关S及导线若干．
实验中要求电压表在0～6 V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．在以下方框中画出实验的原理图．
5．某同学在探究规格为“2.5 V0.6 W”的小灯泡伏安特性曲线实验中，该同学采用如图甲所示的电路进行测量．现备有下列器材供选用：
图甲
A．量程是0～0.6 A，内阻是0.5 Ω的电流表
B．量程是0～3 A，内阻是0.1 Ω的电流表
C．量程是0～3 V，内阻是6 kΩ的电压表
D．量程是0～15 V，内阻是30 kΩ的电压表
E．阻值为0～1 kΩ，额定电流为0.5 A的滑动变阻器
F．阻值为0～10 Ω，额定电流为2 A的滑动变阻器
G．蓄电池(6 V内阻不计)
H．开关一个，导线若干
(1)为使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(只填字母代号)．
(2)在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端(填“左”或“右”)．
(3)在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点到________点的导线没接好(空格中请填写图甲中的数字，如“2”点到“3”点的导线)．
(4)
图乙
该同学描绘出小灯泡的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小灯泡的电阻随工作电压的增大而________(填“不变”“增大”或“减小”)．
6．某同学用伏安法测小灯泡的电阻时，误将电流表和电压表接成如图所示的电路。

接通电源后，可能出现的情况是()
A．电流表烧坏B．电压表烧坏C．小灯泡不亮D．小灯泡烧坏7．某同学做三种导电元件的导电性实验，他根据所测量的数据分别绘制了三种元件的I–U图象，如图所示，则下述判断正确的是()
A．只有乙图正确
B．甲、丙图的曲线肯定是偶然误差太大
C．甲、丙不遵从欧姆定律，肯定不可能
D．甲、乙、丙三个图象都可能正确，并不一定有较大误差
第十一章 电路及其应用
2 导体的电阻
拓展 实验：测灯泡的伏安特性曲线
【例1】答案：（1）B C E （2）B 解析：（1）由于灯泡的额定电压为6 V ，故应该选用量程为10 V 的B ；小灯泡的额定电流为0.1 A ，故选项量程为0.6 A 的C ；为方便操作，滑动变阻器选用阻值较小的E 。

（2）由于要求从0开始测量，故宜采用分压式连接，选项CD 错误；而小灯泡的电阻约为60 Ω，是个小电阻，故采用电流表外接法连接，选项B 正确。

【例2】答案：D
解析：电流表读书变化比电压表读书变化明显，说明被测电阻阻值较大，因此电流表应选择内接法，即题图b 。

选图b 时，电阻R x 两端电压比真实值偏大，因此R x 测量值也偏大，并且R x =U I = 2.84.0×10-3
Ω=700 Ω，故D 正确。

随堂练习
1、答案：C
解析：由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，随着灯泡两端电压逐渐增大，灯丝温度逐渐升高，其电阻逐渐增大，则在U －I 图象中斜率应逐渐增大，故选项C 正确．
2、答案：(1)ACD (2)BCAD
解析：A 步骤中测量不同电压下的电流值时，应先预设各组数据中的电压值或电流值，而不是随意测，随意测会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I －U 图线；C 步骤中闭合开关前应使灯泡两端电压为零，即滑片应置于变阻器最右端；D 步骤中应将各点用平滑的曲线连接起来．
3、解析：由题意知小灯泡的额定电流I ＝P
U
＝0.5 A ，为准确测量电流，应选用电流表○A2.为了最
终能较准确地画出伏安特性曲线，必须多测几组I 、U 数据，要求小灯泡两端电压必须从零开始连续可调，限流电路难以满足要求，因此必须采用滑动变阻器的分压式接法．若将R 2接入电路，则通过它的电流为0.3 A ～0.4 A ，大于它的额定电流，故应选变阻器R 1，实验电路如图所示．
4、答案：V 1 A 2 R 2 原理图如下图所示
5、答案：(1)A C F (2)左 (3)1 5 (4)增大
解析：(1)小灯泡的额定电压为2.5 V ，额定电流为0.24 A ，为了减小读数误差，电流表和电压表应分别选择量程为0～0.6 A 和0～3 V 的，本题中滑动变阻器采用分压式接法，应选择0～10 Ω的．
(2)为了保证开关S 闭合前流经小灯泡的电流最小，滑片P 应置于最左端．
(3)电压表和电流表的示数总是调不到零，是由于电源总是对电表供电，滑动变阻器串联在电路中，1点和5点没有接好，连成了限流式接法，这也是限流式和分压式接法的最大区别．
(4)伏安特性曲线上点与坐标原点连线的斜率随着工作电压的增大而减小，所以小灯泡的电阻在不断增大．
6、答案：C
解析：因电流表的内阻很小，而电压表的内阻很大，故此电路中的电阻很大，接通电源后的电流很小，故小灯泡不亮，故选C 。

7、答案：D
解析：根据I=U
R
可知，甲图表明元件的电阻随电压增大而减小；乙图表明元件的电阻不随电压
的变化而变化；丙图表明元件的电阻随电压增大而增大；故甲、乙、丙三个图象都可能正确，并不一定有较大误差，故选D 。