实验描绘小灯泡的伏安特性曲线

本
项目
学
案
栏
目 开
电路
关
组成
分压式
学习·探究区
连接变阻器的导线分
连接变阻器的导
别接金属杆一端和电
线分别接金属杆
变阻器
阻线圈的两端的接线
一端和电阻线圈
本 学
接入电 一端的接线柱(图 柱(图中变阻器 Pa、Pb
案
路的特点
都起作用，即从变阻器
栏
中变阻器 Pa 部
目
上分出一部分电压加
开
分短路不起作用)
关
到待测电阻上)
案 栏
阻．
目
开
关
甲
乙
图2
学习·探究区
2．电流表内接法：如图乙所示，由于电流表的分压，导致
本 学 案
电压的测量值偏大．由 R＝UI 得 R 测>R 真，R 越大，电流
栏
表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电
目
开
阻．
关
学习·探究区
三、滑动变阻器的两种接法
1．滑动变阻器两种接法的比较
接法
限流式
开关、导线若干、铅笔、坐标纸．
学习·探究区
本 一、实验过程
学 案
1．实验步骤
栏 目
(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定
开 关
电流表、电压表的___量__程___，按图 1
所示的电路图连接好_实__物__图___．(注
意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡
并联部分电阻为零)
图1
学习·探究区
(2)闭合开关 S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小
(2)3.43 V ～8 V
学习·探究区
例 2 (2012·安徽·21Ⅱ)图 4 为“测绘小灯泡伏安特性曲线” 实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为 2.5 V.
本
学
案
栏
目
开
关
图4
(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，逐渐移动滑动变阻器的滑片，____________；
本 学 案
升高而_增__大__．由 R＝UI 得，在 I－U 坐标系中，图线上点
栏 目
与原点连线的斜率等于电阻的_倒__数__，故画出的小灯泡的
开 关
I－U 图线为曲线．
5．实验器材
学生电源(4～6 V 直流)或电池组、小灯泡(“4 V 0.7 A”
或“3.8 V 0.3 A”)、_滑__动__变__阻__器____、电压表、_电__流__表___、
本
(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点．(坐标系纵轴和
学
案
横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸
栏 目
为宜)
开 关
(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．
学习·探究区
3．实验结果与数据分析
(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，
本 学
而是向横轴弯曲的曲线．
R1 的全部串联，R2 与 R3 的并联电阻 R′＝R22＝150 Ω，电压
本 学 案 栏
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为 U′＝R1R＋′R′UAB＝2001＋50150×8 V＝3.43 V，当滑片 P
目 开
在最上端时，R2 上的电压最大等于 UAB＝8 V，所以 R2 上的
关 电压范围为 3.43 V ～8 V.
答案 (1)4.8 V ～8 V
案 栏
(2)分析：小灯泡灯丝的伏安特性曲线是曲线的原因是小
目 开
灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化．曲线向横轴弯曲，
关
即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度
升高而增大．
学习·探究区
4．误差分析
(1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷
本
学
大，对电路的影响会带来误差．
案
栏
(2)测量误差：测量时读数带来误差．
3．并联电路的总电流等于___各__支__路__电__流_____之和，总电压
与_各__支__路__电__压___相等，总电阻的倒数等于各支路电阻的
__倒__数____之和．
知识·储备区
4．实验原理
由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的
电阻率随温度的升高而_增__大__，因此灯丝的电阻随温度的
调压 范围
RE＋RRx x～E (不计电源内阻)
0～E (不计电源内阻)
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2.选用两种接法的原则
(1)负载电阻的阻值 Rx 远大于滑动变阻器的总电阻 R，须 用分压式接法；
本 (2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续
学
案 可调，须用分压式接法；
栏
目 (3)负载电阻的阻值 Rx 小于滑动变阻器的总电阻 R 或相差
实验描绘小灯泡的伏安特性曲线
知识·储备区
本 1．欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的_电__压__成正比，
学 案
跟导体的_电__阻__成反比．
栏 目
2．串联电路各处的电流_相__等__，总电压等于各__部__分__电__路__电__压__
开 关
之和，总电阻等于_各__部__分__电__路__电__阻___之和．
学习·探究区
③断开开关，…….根据实验数据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．
本 学 案 栏 目
开 解析 (1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，小灯泡
关
两端的电压应为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动 变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的 滑片，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．
开
关
答案 有影响．
学习·探究区
2．请画出电压表、电流表测电阻的电路，分析电路中电流
本
学
表、电压表对测量结果的影响．
案
栏
答案 见要点提炼．
目
开
关
学习·探究区
[要点提炼]
1．电流表外接法：如图 2 甲所示，由于电压表的分流导致
电流的测量值偏大，由 R＝UI 可知，R 测<R 真，R 越小，
本 学
电压表分流越小，误差越小，因此这种接法适合测小电
的明显示数，记录一组_电___压__U__和电流 I.
(3)用同样的方法测量并__记__录____几组 U 和 I，填入下表.
本 学
次数 1 2 3 4 5 6 7 8
案 栏
电压
目 开
U/V
关
电流
I/A (4)断开__开__关____，整理好器材．
学习·探究区
2．数据处理
(1)在坐标纸上以 U 为横轴、I 为纵轴建立直角坐标系．
开 关
不多，且电压、电流变化不要求从零调起时，可采用限流
式接法；
(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，
因为限流式接法总能耗较小．
学习·探究区
例 1 如图 3 所示，滑动变阻器 R1 的最大值
是 200 Ω，R2＝R3＝300 Ω，A、B 两端电
本 压 UAB＝8 V.
学 案
(1)当开关 S 断开时，移动滑片 P，R2 两端
学习·探究区 (2)与实物电路相应的电路图如图所示．
本
学
案
栏 目
答案 (1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱
开 关
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)见解析图
谢谢大家！
栏 可获得的电压变化范围是多少？
图3
目
开 (2)当开关 S 闭合时，移动滑片 P，R2 两端可获得的电压变 关 化范围又是多少？
学习·探究区
解析 (1)当开关 S 断开时，滑动变阻器 R1 为限流式接法，
R3 及 R1 的下部不接在电路中，当滑片 P 在最上端时，R2 上获
本 学
得的电压最大，此时 R1 接入电路的电阻为零，因此 R2 上的最
案 栏 目 开 关
大电压等于 UAB＝8 V．当滑片 P 在最下端时，R1 的全部与 R2 串联，此时 R2 上的电压最小，UR2＝R1R＋2R2UAB＝4.8 V，所以
R2 上的电压变化范围为 4.8 V ～8 V.
学习·探究区
(2)当开关 S 闭合时，滑动变阻器 R1 为分压式接法，当滑片
P 在最下端时，R2 上的电压最小，此时 R2 与 R3 并联，再与
目
开
(3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差．
关
学习·探究区
5．注意事项
(1)本实验要作 I－U 图线，要求测出多组包括零在内的电
本
压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法．
学 案
(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法．
栏 目
(3)画 I－U 图线时纵轴、横轴的标度要适中，所描绘图线
开 关
占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲
线连接，对个别偏离较远的点应舍去．
学习·探究区
二、电流表内、外接法的选择
[问题设计]
本 1．电压表、电流表都是由小量程的电流表改装而来，电压
学
案 表的内阻不是无穷大，电流表的内阻不是零，用伏安法
栏
目 测量电阻 R，电表的内阻对测量结果是否有影响？