实验一测小灯泡的伏安特性曲线

实验一：测量小灯泡的伏安特性曲线

一、实验原理

根据伏安法测电阻，测出多组U-I值，然后做出U-I图像。线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，图像的斜率是线性元件的电阻；非线性元件的伏安特性曲线是一条曲线。

二、实验的考察层次

层次1：

仪器的读数（电压表和电流表的读数）

层次2：

实验电路图。滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法。

层次3：

仪器的选择：滑动变阻器选小电阻。

层次4：数据处理。设计坐标，做U-I图像，或者I-U图像，计算电阻。

层次5：电表量程不够时需要改装电表（改装电压表所需的电阻与电压表内阻几乎相当，改装电流表所需的电阻与电流表内阻几乎相当）【2016 天津与2012 四川相似度很高】

三、高考题呈现的特点

1.主要考察了电路图的分压接法电路图及实物图的连接。

2.仪器的选择问题，滑动变阻器的选择【电压表根据小灯泡的额定电压选择，电流表根据小灯泡的额定电流选择，滑动变阻器选小电阻】

3.内外接法的误差分析

4.根据测出的数据做U-I图像（注意图像都是曲线）

【典型立体剖析】

考点1：实验原理和仪器选择

★★[例1]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：

A．小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”

B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω

C．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω

D．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩ

E．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A

F．电池组：电动势6 V，内阻约为1 Ω

G．开关一只，导线若干

(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选________．(填器材前选项)

(2)根据你选用的实验电路，将如图所示的器材连成实物电路．

答案(1)B(2)见解析图

解析(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.

(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示．

★★[例2]有一个小灯泡标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U 图线．现有下列器材供选择：

A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)

B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)

C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)

D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)

E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)

F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)

G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干

(1)实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)．

(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．

解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用如图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．因小灯泡额定电压为4 V ，则电压表选0～5 V 的A 而舍弃0～15 V 的B ，小灯泡的额定电流I ＝0.5 A ，则电流表只能选D.滑动变阻器F 的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡的10×1038＝1 250倍，

故电流表采用了外接法．

答案 (1)描绘小灯泡的I —U 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E (3)如下图所示．

考点2：数据处理及误差分析

★★★【例3】图中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V 的小灯泡的I -U 特性曲线的实验器材．

（1）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图1中的实验电路图连接完整．

（2）开关S闭合之前，图1中滑动变阻器的滑片应该置于_____端．（选填“A端”、“B端”或“AB中间”）

（3）实验中测得有关数据如下表：

根据表中的实验数据，在图2中画出小灯泡的I-U特性曲线．

【说明】：1.实验原理图2.数据描点，画图

★★【例4】用如图甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验．小灯泡标有“6 V 3 W”的字样，铅蓄电池的电动势为8 V，滑动变阻器有两种规格：R1标有“5 Ω 2 A”，R2标有“100 Ω20 mA”．各电表的量程如图甲所示．测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，并测多组数据．

(1)滑动变阻器应选用__________；

分压接法选小电阻

(2)用笔画线代替导线，把图甲中的实物连成实验电路(有部分连线已接好)；

(3)测量时电压表示数如图乙所示，则U＝________ V；

(4)某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的I－U图像．分析图像不是直线的原因：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案(1)R1(2)实验电路如图所示

(3)4.0(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大

解析(1)由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用R2，滑动变阻器中的电流会超过20 mA，故选R1.(2)实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法．(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大．

【高考题赏析】

1.★【2009 天津 3 6】为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图甲所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图像应是（）