实验8：描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验八：描绘小灯泡的伏安特性曲线
【实验目的】
通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律。

【实验原理】
从而使得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。

对
一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值
可以相差几倍到十几倍，它的伏安特性曲线（I－U图线）
并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的，本实验通
过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压
变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性。

2．实验器材：小灯泡，电池组，滑动变阻器，电压表，电流表，开关，导线若干。

3．实验电路图：如图所示，采用滑动变阻器的分压式接法。

4．实验步骤：
（l）按上图连接好电路，把滑动变阻器的滑动臂P调节到靠近A端处。

（2）闭合电键S，把滑动臂P调节到某个合适的位置，然后读出此时伏特表的示数U1和安
培表的示数I1 ，并把它们记录到下面表格中。

（3）把滑动片P从近A端逐渐往B端调节，重复步骤（2），读出并记录下12组左右不同的电压值和电流值。

（4）断开电键S，拆除电路。

（5）以I为纵轴，U为横轴画出直角坐标系，选取适当的标度，依次描出12组数据所表示
的点，然后用平滑曲线连接这些点，此曲线就是小灯泡的伏安特性曲线。

【注意事项】
1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。

2．因本实验要作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。

3．电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的A端。

4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中，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．建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸，要用平滑曲线将各数据点连接起来。

【典型例题】
例1 某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下组U和I的数据：
（1）画出I-U图线。

（2）从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是：。

（3）这表明导体的电阻随温度升高而_________。

例 2 (2012·高考安徽卷)如右上图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物图，已知小灯泡额定电压为2.5 V
完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，；
③在上面虚线框中画出与实物电路相应的电路图。

附录1：滑动变阻器的两种接法的选择（限流式、分压式）
1、滑动变阻器的两种连接方式：
如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R 0）对负载R L 的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a ）电路称为限流接法，图（b ）电路称为分压接法。

2
（1）从调节范围上比较：
分压电路优点：调节范围宽，其次是它的电流，电压都包含了0且与R 0无关。

（2）从方便调节的角度比较：
其中，在限流电路中，通R L 的电流I L =
R R E
L +，当R 0＞R L 时I L 主要取决于R 0的变化，当
R 0＜R L 时，I L 主要取决于R L ，特别是当R 0<<R L 时，无论怎样改变R 0的大小，也不会使I L 有较大变化。

即R 0越大，电流、电压变化范围越大；R 0越小，电流、电压变化范围越小。

在分压电路中，并联电路电阻比小的那个还小，当R 0>>R L 时，R 并≈R L ，所以R L 两端电压随R 0增大而增大，几乎不受负载影响。

当R L 比R 0小或小很多时，R 并≈R 0这时几乎不受影响，不宜
采用分压电路。

归纳为：“大负载 R 0>R L 时，分压电路”“小负载 R 0<R L 时，限流电路”（大载分压小限流） （3）从两电路连线和节能角度比较：
从两电路连线方面看，限流电路简单，分压电路复杂。

从两电路节能方面看，限流电路耗能小（EI L ），分压电路耗能大（E （I L ＋I ap ））。

3、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法：
滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取。

（1）下列三种情况必须选用分压式接法
①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、
校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法。

②当用电器的电阻R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法．因为按图（b ）连接时，因R L >>R 0＞R ap ，所以R L 与
R ap 的并联值R 并≈R ap ，而整个电路的总阻约为R 0，那么R L 两端电压U L =IR 并=
R U
·R ap ，显然U L ∝R ap ，且R ap 越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作。

③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过R L 的额定值时，只能采用
分压接法。

（2）下列情况可选用限流式接法
①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且R L 与R 0接近或R L 略小于R 0，采用限流式接法。

②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法。

③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法。

附录2：常用电流表、电压表的读数规则
1、规格：常用的直流电流表有量程0～0.6A 和0～3A 两种，它们的内阻都很少，内阻一般都在1Ω以下；常用的直流电压表有量程0～3V 和0～15V 两种，它们的内阻都很大，内阻一般都在几千欧姆以上。

2、电流表和电压表的读数：读数时应使视线垂直刻度表面，并要估读，估读方法如下： (1) 量程为0-3 V 和0-3 A 的电压表和电流表，其最小分度为0.1 V 和0.1 A, 读数要估读到最小分度的十分之一，即读到0.01 V 和0.01 A
(2) 量程为0.6 A 的电流表，其最小分度为0.02 A, 读数要估读到最小分度的1/2，即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出，因此最后读数如果以安培为单位，小数点后面有两位。

(3) 量程为15 V 的电压表，其最小分度为0.5 V, 读数要估读到最小分度的1/5，因此最后读数如果以伏特为单位，小数点后面只有一位，即读到0.1 V 。

3. 使用方法：
(1) 在使用表前，观察指针是否指在零刻度，若不是，应调整表的中心螺母使指针指零。

(2) 估算电路中的电压或电流，选择适当量程，选取原则是: 使表的读数达到满刻度的1/3以上。

(3) 电流表要串联在电路中，电压表要并联在电路中，且使电流从正接线柱流入，负接线柱流出。

(4) 根据表的量程及最小分度值，正确读出表的读数，包括估读。

［典型例题］
1.（1）略（2）电阻开始不变，后来逐渐增大（3）增大 2． ①使它靠近变阻器左端的接线柱
②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如右图：。