描绘小灯泡的伏安特性曲线教案(初中 物理教案)

实验复习：描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验目的及教学目标
1、描绘小灯泡的伏安特性曲线；
2、分析曲线的变化规律并得出结论；
3、能根据题目给出的实验数据，正确描出实验曲线，并由此计算相关物理量；能正确选择适的仪表和器材，选择适的量程和进行正确的实物连路，
4、能处理相关的拓展性的实验课题；能够根据伏安特性曲线求出功率或导体电阻大小。

二、实验原理
在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U—I图像不再是一条直线。

读出若干组小灯泡的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出U—I曲线。

三、实验器材
小灯泡、4V～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。

四、实验步骤
1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电
路图。

2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的
A端，电路经检查无误后，闭合电键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，断开电键S；
4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，
用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。

5、拆去实验线路，整理好实验器材。

五、注意事项
1、因本实验要作出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、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；
3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；
4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；
5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。

连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。

六、误差分析
1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；
2、描绘I—U线时作图不准确造成的偶然误差。

七、例题分析
例1（03上海）、如图所示中的图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图．
（1）为了通过测量得到图1所示I—U关系的完整曲线，在图2、图3两个电路中应选择的是图；简要说明理由：．（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0－100 Ω ）（2）在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω．由热敏电阻的I—U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为Ω．
⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：
__________________________________________________________________________________
解：⑴ 2 ；理由：从I—U图象看，电流与电压均从零值开始，图2中的电压可以从0调到所需的电压，调节范围较大（或图3中不能测量0值附近的数据）。

⑵5.2 ；111.8（111.6～112.0均可为正确）。

分析与计算：R1支路电流为I1 =U /R1 =36mA, R2支路电流为34mA，在I—U曲线上，34mA对应的电压大约为5.2V；热敏电阻R t= 5.2 /0.034 =152.9Ω, R t+R2 = 9/0.034 =264.7Ω，所以R2 ≈ 111.8Ω⑶热敏温度计（提出其它实例，只要合理就给分）
例2、为了测定和描绘“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电。

调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈Ｌ，绕在闭合的环形铁心上，输入端接在２２０Ｖ交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头Ｐ，移动它的位置，就可以使输出电压在０~250Ｖ之间连续变化，左图画出的是调压变压器的电路图符号。

实验室内备有交流电压表．交流电流表．滑动变阻器．开关．导线等实验器材。

（1）在左图中完成实验电路图。

（2）说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压较高段与电压较低段相比较，哪段的误差更大？为什么？
（3）如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如右图所示，试根据图线确定，把两个完全相同的“220Ｖ40Ｗ”白炽电灯串联在220Ｖ交流电源的火线与零线间，这两只电灯消耗的总电功率是多大？
解：⑴如图所示。

开关应安在火线一边，否则应
适当扣分。

火线与公共端相连的可不扣分。

电流表外接
与内接都可以。

（本题电源输出电压可调，因此用不着滑动变阻器）
⑵如果采用电流表外接的，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流而造成的误差越大；如果采用电流表内接的，电压较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大。

（3）两个相同电灯串联在电路中，每个灯两端的电压都是110V，在图像上找到电压为110V时的电流值是0.22A，每一个灯消耗的功率约为24W，两灯消耗的总功率为48W。

因此答案为48 W±1W。

例3（04上海）、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：
（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0—10Ω电源、小灯泡、电键、导线若干.
（2）在右图中画出小煤泡的U—I曲线.
（3）如果某一电池的电动势是1.5V，内阻是2.0Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）解：（1）见下图（2）见下图
（3）作出U=E—Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率
为0.28瓦
例4、使用如图1所示的器材测定小灯泡在不同电压下的电功率，并且作出小灯泡的电功率与它两端电压的平方的关系曲线．已知小灯泡上标有“6V，3W”字样，电源是3个铅蓄电池串联组成的电池组，滑动变阻器的规格是“5 2A”．要求：
⑴把图1中实物连成实验电路；
⑵图2的4个图象中哪个可能是正确的？简单说明理由．
解：变阻器通常用来控制电路中的电流或电压，可以有限流与分压两种接法，根据题意，灯泡电阻约为R= 62 /3Ω= 12Ω ，若采用限流，即使
变阻器阻值用到最大，灯泡电压最小值可达4V 左右，其电压调节，范围约在4V －6V 间，显然不宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线．而采用分压接法则灯泡两端电压变化范围为0V －6V 间，便于选取数据作相应图线，至于电压表与电流表采用内接、外接，题目未给表的内阻，但实验学生用表在电阻为10Ω左右时，内、外接表误差差别不大，本题不作要求，连线时应注意量程选择与表“＋”、“一”接线柱接法，接线如图3．
图2中所绘图线，由横、纵坐标可知为 P — U 2图线，小灯泡在点亮时灯
丝温度可高达上千摄氏度．随电压升高，灯丝温度升高，相应电阻率增大，电阻增大，与相应电阻不变时
的功率相比要减少，或者说由 P =
2
21U R
R U =知，该图线斜率为 R 1，随P 增大，R 增大，斜率R 1减小，因此D 图可能正确，而B 图对应斜率不变、即R 不变的情况，与本题实际不符。

例5、电子技术兴趣小组为了研究某种二极管的特性，用如图所示的电路测定该元件的伏安特性曲线。

实验发现当电源反接时，电路中无电流，当正向电压较小时也无电流，记录的部分数据如下表。

(1)请根据以上实验数据用描点法在所给的坐标纸上作出这个二极管的U —I 图线； (2)若加在该二极管两端的正向电压达到1.9V 后才能正常工作，则从图线可以看出这种二极管正常工作前后的导电情况有何区别？
(3)若电源的电动势为6V ，内阻不计。

当电流表示数为12.0mA 时,滑动变阻器接入电路的电阻为 ________Ω。

答案：（1）U —I 图象如图所示；
（2）正常工作前导电性能差（或电阻大），正常工 作后导电性能好（或电阻小）；⑶ 103 /3 。

例6 、 如图1的电路中R 1=R 2=100Ω，是阻值不随温度而变的定值电阻．白炽灯泡L 的伏安特性曲线
如图2所示．电源电动势E =100V ，内阻不计．求：
⑴当电键K 断开时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率． ⑵当电键闭合时，灯泡两端的电压和通过灯泡的电流以及灯泡的实际电功率．
解：（1）0.60A 24W [ K 断开时，灯泡跟R 1串联，电流相等，而且灯泡与R 1的电压之和等于100V 。

结合灯泡的伏安特性曲线，灯泡电压为40V 时，其电流大约是0..6A ，R 1分压60V ，且为定值电阻，
所以电流也为0.6A。

]
（2）0.46A 12. 4W[K闭合后，灯泡与R2并联，分压一定小于40V；当U L=30V时，I L = 0.50A，通过R1的电流为0.80A，R1分压80V，则总电压等于110V；U L= 25V时，I L大约0.45A，则总电流为0.70A，总电压为95V＜100V；取U L=27V，则I L大约0.46A，则总电流I = 0.46 + 0.27 = 0.73A，R1分压73V，总电压恰好100V。

灯泡消耗电功率P L=U L I L = 0.46 ×27 W =12.4W
八、课后练习(见后面9—14)。