实验一：测绘小灯泡伏安特性曲线

五、注意事项 1．电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法：因为小灯泡的电阻很小，与0～ 0.6 A电流表串联时，电流表的分压影响不能忽略． (2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小灯泡 两端的电压能从零开始连续变化．
2．闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到小灯泡分得电压 为零的位置，可以使开关闭合时小灯泡电压能从零开始变 化．同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧 坏灯丝．
端．为使小灯泡亮度增加，P应由中点向________端滑动．
(4)下表为电压等间隔变化测得的数据．为了获得更准确
的实验图像，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请
填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)．
数据点 a
b
c
d
e
f
U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
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解析 因没有电压表，可以用电阻箱和电流表来代替电压 表，选择的电阻箱阻值要大．对滑动变阻器的选择，因要作伏 安特性曲线，电压要从零开始，用分压式接法，阻值选小 的．灯泡和电阻箱并联，测出流过灯泡的电流，测出总电流， 就可以算出流过电阻箱的电流，从而算出灯泡两端的电压．
答案 (1)如图所示
(2)R1 R4 (3)(I2－I1)R1－I1RA1 I1、I2分别是A1、A2的读数，R1、RA1分别是R1、A1的阻值
3.描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验 电路如右图所示，所用小灯泡的额定电压 是3.8 V．关于该实验的系统误差，下列 说法中正确的是
A．系统误差主要是由电压表的分流引起的 B．系统误差主要是由电流表的分压引起的 C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的 D．系统误差主要是由读数时的估读引起的
()
解析 由于小灯泡的电阻比较小，所以采用电流表外接的 方法．此时电压表的测量值是准确的，但是电流表的测量值和 真实值相比要大，原因是电压表分流．
(1)粗测小灯泡的电阻，应选择多用电表________倍率的电 阻挡(请填写“×1”“×10”或“×100”)；调零后，将表笔 分别与小灯泡的两极连接，示数如图甲，结果为______ Ω.
(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙
完成实物图丙中的连线．
(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于______
(1)在虚线框内画出实验电路图．(除电源、开关、滑动变 阻器外；实验用电压表V：内阻RV约为10 kΩ，电流表mA：内 阻RA约为100 Ω)
(2)在下图中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特 性曲线．
(3)根据(2)中画出的二极管的伏安特性曲线，简要说明发 光二极管的电阻与其两端电压的关系：
诱思启导 (1)此电路图熟悉吗？的确它就是学生实验中测绘小灯泡 的伏安特性曲线的实验电路． (2)还记得此实验的实验步骤吗？
【解析】 本题考查测小灯泡伏安特性曲线的实验．(1) ①滑动变阻器在最左端时，小灯泡电压最小，为了保护小灯泡 不被烧坏，因此在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最左 端．②在调节滑动变阻器时，应注意电压表的示数不能超过小 灯泡的额定电压．
(4)小灯泡正常工作时的电压U＝3.0 V，额定电流约为I＝ 0.46 A，则有1.5＝k(273＋27)，0.346＝k(273＋t)，解得t≈1 031 ℃
答案 (1)如解析图所示 (2)随着小灯泡两端电压的升 高，电流增大，灯丝温度升高，电阻率增大，电阻变大
(3)0.68 W (4)1 031
2．某同学为了描绘一个标有“12 V,6 W”的小灯泡的伏安 特性曲线，他到实验室寻找到了一些仪器，但没找到电压表， 找到的器材规格如下：
A．电流表A1(0～0.5 A，内阻为0.5 Ω) B．电流表A2(0～0.6 A，内阻约为0.3 Ω) C．电阻箱R1(0～9 999.9 Ω，最小调节量0.1 Ω) D．电阻箱R2(0～99.9 Ω，最小调节量0.1 Ω) E．滑动变阻器R3(0～50 Ω，额定电流为1.5 A) F．滑动变阻器R4(0～5 Ω，额定电流为3 A)
5．保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加，到额定 值，读出I后立即断开开关．
6．误差较大的点要舍去，I-U图线应是平滑曲线而非折 线．
六、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 的影响会带来误差． 2．在坐标纸上描点、作图带来误差．
例 (广东卷)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中， 所用器材有：小灯泡(2.5 V,0.6 W)，滑动变阻器、多用电表、电 流表、学生电源、开关、导线若干．
(4)从表格数据可以看出，ab间的电流变化过大，应在其 间多测几组数据，才能获得更准确的图像．
【答案】 (1)×1 7.5 (2)见解析 (3)a b (4)ab
题后反思 滑动变阻器接成分压式，将电源的全部电压加在了变阻器 的两个固定端接柱上，滑片将全部电阻分成了两部分，关键要 弄清是哪部分电阻的电压加在了灯泡两端(是滑片与灯泡所接 的固定端之间电阻)．
解析 (1)在U-I图像中，图线的斜率代表电阻，斜率越来 越小，代表阻值越来越小．
(2)由图甲的横坐标可知，电流表选择A2 (3)研究某电器元件的伏安特性曲线，滑动变阻器应该采 用分压式接法；开关要控制整个电路． (4)为了保护用电器，变阻器的滑动片应调到B端．
答案 (1)减小 (2)A2 (3)如图所示 (4)B端 调节滑动变阻器的阻值(或移动变阻器的滑动片)
解析 (1)根据电路图连接实物图时要“先串后并，接线 到柱，注意量程和正负”，千万不要把分压式电路连成限流式 电路．
(2)随着小灯泡两端电压的逐渐升高，通过小灯泡的电流 逐渐增大，灯丝温度也逐渐升高，灯丝的电阻率增大，小灯泡 的电阻增大，I-U图线的斜率减小，造成小灯泡的伏安特性图 线是曲线．
(3)由I-U图像可知，当U＝2.0 V时，通过小灯泡的电流I＝ 0.34 A，则此时小灯泡的实际功率P＝UI＝2×0.34 W＝0.68 W.
3．I-U图线在U＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右测绘点要密，否则将出现很大误差．
4．电流表选择 0.6 A量程，电压表量程选择视小灯泡的 额定电压而定，即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小灯泡，选用电 压表的15 V量程，若使用“2.5 V,0.6 A”的小灯泡，则选用电压 表的3 V量程．
【答案】 (1)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
(2)如图所示
1．(2013·西安质检)某同学用图甲所示的电路测绘额定电压
为 3.0 V 的小灯泡的伏安特性图线，并研究小灯泡的实际功率 及灯丝温度等问题．
(1)根据电路图，将图乙中的实验仪器连成完整的实验电 路．
(2)该同学根据实验数据画出的小灯泡I-U图线如图丙．造 成图中小灯泡的伏安特性图线是曲线的原因为__________.
(3)根据I-U图线，可确定小灯泡在电压为2.0 V时的实际功 率为________．(保留两位有效数字)．
(4)已知小灯泡灯丝在27 ℃时电阻是1.5 Ω，并且小灯泡灯 丝电阻值与灯丝温度的关系为R＝k(273＋t)，k为比例常 数．根据I-U图线，估算该小灯泡正常工作时灯丝的温度约为 ________℃.
一、实验目的 测绘小灯泡的伏安特性曲线． 二、实验器材 小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导线、开 关、坐标纸．
三、实验原理 用电流表和电压表测出灯泡在不同电压下的电流，建立 U-I 坐标系，描点连成直线或平滑曲线即得到小灯泡的伏安特 性曲线． 为了尽可能多取些数据点并减小实验误差，应选用电流表 外接法，滑动变阻器分压接法电路，因为小灯泡的电阻值较小．
G．16 V直流电源 H．开关、导线若干，待测灯泡 利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实 验． (1)画出实验原理图； (2)以上器材中电阻箱应选用________；滑动变阻器应选 用________(填代号)． (3)写出小灯泡两端电压的表达式，并说明式中符号的意 义：____________________________________________.
答案 A
4．(2011·广东汕头质检)如图甲是某电器元件的伏安特性 曲线，有实验小组想用伏安法验证该伏安特性曲线，已有符合 实验要求的电压表 V(内阻约为10 kΩ)；滑动变阻器R；直流 电源E(电动势6 V，内阻不计)；开关S和导线若干，另有电流 表A1(量程0～50 mA，内阻约为50 Ω)、电流表A2(量程0～300 mA，内阻约为10 Ω)可供选择．
四、实验步骤 1．连接电路 将小灯泡、电流表、电压表、滑动变 阻器、电源、开关用导线连接成如图所示 电路． 2．测出小灯泡在不同电压下的电流 (1)闭合开关 S 前，滑动变阻器触头应移到最左端，以使开 关闭合时小灯泡电压能从 0 开始变化；同时，这样做也防止开 关刚闭合时小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．
5.发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元
件．它的电路符合如图
所示，正常使用时，带“＋”
的一端接高电势，带“－”的一端接低电势，某同学用实验方
法探究二极管的伏安特性，现测得它两端的电压U和通过它的
电流I的数据如下表所示.
U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0 I/mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 13.0 19.0 24.0 30.0 37.0
I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244
【解析】 (1)根据小灯泡的规格可算出在额定电压下的 阻值约为10 Ω，故用多用电表粗测阻值时应使指针在中值电阻 附近，误差小，故应选择“×1”倍率，示数为7.5 Ω.
(2)
(3)滑动变阻器采用分压式接法，开关闭合前，应使加在 小灯泡两端的电压最小，并从零开始调节，故应将滑动变阻器 的滑片P置于a端；要使小灯泡亮度增加，P应由中点向b端滑 动．
跟踪训练 (2012·安徽)如图为“测绘小灯泡伏安特性曲 线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V.
(1)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断开开关……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝 的伏安特性曲线． (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
________________________________________
解析 (1)同时测定二极管上的电流和电压时，由欧姆定 律分析表格中的每一组数据，可以看出发光二极管的电阻是变 化的，变化的范围大约在100 Ω～500 Ω之间．故电流表的内 阻对测量影响较大，利用电流表外接法误差小．而测量数据从 0开始，滑动变阻器采用分压式接法，才能得到足够多的数 据．
(1)从图像可判断该元件的电阻随温度的增大而______； (2)电流表应选用________(选填“A1”或“A2”)；
(3)图乙实物图中，已正确连接部分电路，请完成余下电 路的连接；
(4)请完成主要实验的步骤： A．连接好实验电路，把变阻器的滑动片调到________(选 填“A端”或“B端”)； B．闭合开关，________，使通过元件的电流从小到大变 化，读出数据．
(2)移动滑动变阻器触头位置，测出 12 组不同的电压值 U 和电流值 I，并将测量数据填入表格.
U/ V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I/A 0
U/ V 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I/A
3.画出伏安特性曲线 (1)在坐标纸上以 U 为横轴、以 I 为纵轴，建立坐标系． (2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点．(坐标系纵轴和横 轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜) (3)将描出的点用平滑的曲线连接起来就得到小灯泡的伏 安特性曲线． 4．拆除电路，整理仪器． 【交流与思考】 描绘出小灯泡的伏安特性曲线，曲线上 各点对应的曲线的斜率是否表示小灯泡在该电压下的电阻值？ 若是，说明理由；若不是，如何表示该电压下的电阻值？