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描绘小灯泡伏安特性曲线


描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、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 二、实验原理: 金属物质的电阻率随温度升高而增大,从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。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几十倍。它的伏安特性曲线并不是一条直线,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,其阻值变化, 从而了解它的导电特性。 三、实验器材 V 小灯泡、电压表、电流表、4V~6V 学生电源、滑动变阻器、导线若干、电健等 × A 四、实验电路图; 1、线路原理图 因为小电珠(即小灯泡)的电阻较小(10Ω 左右)所以测量电路应该选用安培表 外接法。 因为作图需要多个点,所以控制电路选用滑动变阻器分压式接法。 2、实物接线图 (1)先连好电源、电键、滑动变阻器所组成的串联 电路(滑动变阻接下面两个接线柱) (2)将小灯泡、电流表串联好,再接到滑动变阻器 的两个接线柱上(一上一下) (3)最后将伏特表并接在小灯泡的两端。 (4)注意滑动变阻器的滑动触头实验初应在使小灯 泡短路的位置。 (5)注意安培表、伏特表的量程和正负接线柱(若 选用的是标有 “3.8V 0.3A” 的小灯泡, 电流表应选用 0-0.6A 量程;电压表开始时应选用 0-3V 量程,当电压调到接近 3V 时,再改用 0-15V 量程。 五、实验步骤: 1.按图连接好电路。 2.检查无误后,将滑片调节至最左边附近、闭合电键,读出一组 U、I 值,记录于表格。 3.再调节滑线变阻器的滑片到不同位置,读出十二组不同的 U、I 值,记录于表格。 4.断开电键,整理好器材。 5.在坐标纸上以 I 为横轴,以 U 为纵轴、并选取适当的单位。 6.用描点法在坐标纸上标出各组 U、I 值的对应点位置。 7.用平滑曲线将各点依次连接起来。 8.分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律。 记录表格: 次数 n 电压 U 电流 I 六、实验注意事项 .对“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,应明确以下几点: 1.由欧姆定律可知,对一纯电阻用电器,有 I=U/R.因此,当 R 为定值时,I—U 图线应为一过原点的直线.但由于小灯泡
-1-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

的灯丝在其两端电压由 0 增至额定电压过程中,灯丝温度由室温升高到近 2000℃,因此灯丝电阻率有明显增大,故小 灯泡的伏安特性曲线应为曲线. 2.实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”一类小电珠,其在白炽状态下电阻很小,在室温下电阻更小,因此为减 小实验误差,测量电路应采用电流表外接法. 3.为使小灯泡上的电压能从 0 开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接.

-2-

规律方法
1、对电路的连接: 用图 (a) 中所给的实验器材测量一个 “12V, 5W” 的小灯泡在不同电压下的功率, 其中电流表有 3A, 0.6A 两档, 内阻可忽略,电压表有 15V,3V 两档,内阻很大,测量时要求加在灯泡两端的电压可连续地从 0V 调到 12V。 1 0 0
0.2

2
0.4

3
0.6

A
0.6

0.3

图b 图a (1)按要求在实物图上连线 (2)其次测量时电流表的指针位置如图(b)所示,其计数为 2、对图线的分析能力 0.245 A

3

例 2、一个标有“220V,60W”的白炽灯泡,加上的电压 U 由 0 逐渐增大到 220V,在此过程中,电压 U 和 电流 I 的关系可用图像表示,题中给出的四个图线中,肯定不符合实际的是( ACD )

U

U

U

U

0

A

I

0

I B

0

I C

0

D

I

试题展示
1、某灯泡两端的电压为 1V 时,其电流为 0.2A,当电压为 2V 时,其电流为 0.3A,那么电压为 1.5V 时,则( B
) A.其电流一定为 0.25A B.其电流一定大于 0.25A 而小于 0.3A C.其电流一定大于 0.2A 而小于 0.25A D.以上说法均不对 3、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,已备有以下器材:小灯泡、电压表、电流表、学生电源、开关,还需要 的器材是 . 答:滑动变阻器,坐标纸. 4、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,所用小灯泡为“2.8V,1.4W”,请将以下器材按正确电路连结起来.

-3-

5、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,使用的小灯泡为“6V 3W”,其他可供选择的器材有: 电压表 V1(量程 6V,内阻 20KΩ ) 电压表 V2(量程 20V,内阻 60KΩ ) 电流表 A1(量程 3A,内阻 0.2Ω ) 电流表 A2(量程 0.6A,内阻 1Ω ) 变阻器 R1(0~1000Ω ,0.5A) 变阻器 R2(0~20Ω ,2A) 学生电源 E(6~8V) 开关 S 及导线若干. 实验中要求电压表在 0~6V 范围内读取并记录下 12 组左右不 同的电压值 U 和对应的电流值 I,以便作出伏安特性曲线, 在上述器 材中,电流表应选用 A2 ,变阻器应选用 R2 .在图所示的方框中画出实验的原理图. 6、.用公式 R=U2/P 求出"220V、40W”电灯泡灯丝电阻为 1210 欧姆。用多用电表的欧姆档测得其电阻只有 90 欧姆,下列说法正确的是( D ) A.两个电阻值相差悬殊是不正常的,—定是测量时读数错误 B.两个电阻值不同是正常的,因为欧姆表测量电阻时误差大 C.两个阻值相差悬殊是不正常的,可能出厂时把灯泡的功率写错了 D.两个阻值相差悬殊是正常的,1210 欧姆是正常工作状态下电阻值(温度较高),90 欧姆是常温下的阻值 7、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) : I(A) 0.12 U (V) 0.20 0.21 0.40 0.29 0.60 0.34 0.80 0.38 1.00 0.42 1.20 0.45 1.40 0.47 1.60 0.49 1.80 0.50 2.00

(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)在右图中画出小灯泡的 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) 解答: (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.
-4-

8、本实验中小灯泡(“3.8V,0.3A”)的电阻,备有下列器材: A、电压表(量程 0~3V,内阻 2kΩ ) B、电压表(量程 0~6V,内阻 4kΩ ) C、电流表(量程 0~50mA,内阻 20Ω ) D、电流表(量程 0~0.6A,内阻 0.01Ω ) E、滑动变阻器(阻值 0~20Ω ,额定电流 1A) F、电池组(电动势 12V,内阻不计) G、开关和导线 应选用的器材有哪些?画出电路图 分析: 1、 实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”一类小电珠,其在白炽状态下电阻很小,在室温下电阻更小,因此为减小实 验误差,测量电路应采用电流表外接法. 2、为使小灯泡上的电压能从 0 开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接

9、

(1)现要测定一个额定电压 4V、额定功率为 1.6W 的小灯泡(图中作○ × 表示)的伏安特性曲线。要求

所测电压范围为 0.1~4V。 现有器材:直流电源 E(电动势 4V、内阻不计) ,电压表○ V (量程 4.5V,内阻约为 4×10 Ω,电流表 A1 (量 程 250mA,内阻约为 2Ω) ,电流表 A2 (量程为 500mA,内阻约为 1Ω) ,滑动变阻器 R(最大阻值约为 30Ω) ,电 键 S,导线若干。 如果既要满足要求,又要测量误差小,应该选用的电流表是____,下面两个电路应该选用的是___。 (1) A2
4









【解析】 : (1)小灯泡的额定电流 I=

P =0.4A,故电流 U
V RV,故 R
S 甲

A V

A

表选用 A2;小灯泡的电阻 R=

U2 =10Ω,由于 R P

应先电流表外接法,即电路图甲。

R

E

E 乙

S

10、某同学用图 2 所示电路,测绘标有“3.8 V,0.3 V”的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的图象.
-5-

①除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表:A1(量程 100 mA,内阻约 2Ω) ; 电压表:V1(量程 5 V,内阻约 5kΩ ); 电源:E1(电动势为 1.5 V,内阻为 0.2Ω) ; A2(量程 0.6 A,内阻约 0.3Ω); V2(量程 15 V,内阻约 15Ω ); E2(电动势为 4V,内阻约为 0.04Ω) 。

为 了 调 节 方 便 , 测 量 准 确 , 实 验 中 应 选 用 电 流 表 ___________ , 电 压 表 ______________, 滑 动 变 阻 器 ________________,电源___________________.(填器材的符号) ②根据实验数据,计算并描绘出 R-U 的图象如图 3 所示 . 由图象可知,此灯泡在不不作时,灯丝电阻为 ___________;当所加电压为 3.00 V 时,灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.

③根据 R-U 图象,可确定小灯泡耗电功率 P 与外加电压 U 的关系 . 符合该关系的示意图是下列图中的 __________.

【答案】 : (2)① A2

V2

R1

R2

② 1.5

11.5

0.78

③ A

11、 表格中所列数据是测量小灯泡 U-I 关系的实验数据:

U/(V)

0.0

0.2

0.5

1.0
-6-

1.5

2.0

2.5

3.0

I/(A)

0.000

0.050

0.100

0.150

0.180

0.195

0.205

0.215

(1)分析上表内实验数据可知,应选用的实验电路图是图 V A V A S
图甲

(填“甲”或“乙” ) ;

a

b

R

S
图乙 图丙

(2) 在方格纸内画出小灯泡的 U-I 曲线. 分析曲线可知小灯泡的电阻随 I 变大而 或“不 变” ) ;

(填 “变大” 、 “变小”

(3)如图丙所示,用一个定值电阻 R 和两个上述小灯泡组成串并联电路,连接到内阻不计、电动势为 3V 的电源 上.已知流过电阻 R 的电流是流过灯泡 b 电流的两倍,则流

过灯泡 b 的电流约为

A.

【解析】 : (1)甲电路中变阻器采用分压接法,可以获得从零开始变化的电 压,符合图中数据的要求。 (2)将表中数据逐一描点后用平滑曲线连接各点。

-7-

12 题图

(3)根据题意有 E= Ua +Ub,Ia=3Ib,从所做曲线可以查出,Ia=0.150A ,Ib=0.050A,Ua=1V, Ub=2V。 【答案】 : (1)甲 (2)如图所示 变小 (3)0.050A 【备考提示】 :本题源于教材,高于教材,侧重考查考生的综合素质和利用基本实验原理、方法的技能进行创新 的能力。 12、.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中.用导线 a、b、c、d、e、f、g 和 h 按题图所示方式连接电路,电路 中所有元器件都完好,且电压表和电流表已调零.闭合开关后; ①若电压表的示数为 2 V,电流表的的示数为零,小灯泡不亮,则断路的导线为_________; ②若电压表的示数为零,电流表的示数为 0.3 A,小灯泡亮,则断路的导线为_________; ③若反复调节滑动变阻器 , 小灯泡亮度发生变化,但电压表、电流表的示数不能调为零,则断路的导线为 ____________. 答案: d 导线 b 导线 g 导线

-8-


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