专题 实验描绘小灯泡的伏安特性曲线

一、实验目的(是什么)

(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线。

(2)分析伏安特性曲线的变化规律。

二、实验原理(是什么)

用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在U­I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来。

三、实验器材(有哪些)

小灯泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。

四、滑动变阻器的限流接法和分压接法(怎么接)

1．两种接法比较

2．两种接法的选择

(2)两种接法的适用条件

限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。

分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。

如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大。Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节。

①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。

③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。

④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。

五、实验步骤(怎么做)

(1)确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按图中的原理图连接好实验电路。

(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S。

(3)移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S。

六、数据处理(怎么办)

(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。

七、注意事项(有哪些)

(1)电路的连接方式：

①电流表应采用外接法：因为小灯泡(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与0～0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大。

②滑动变阻器应采用分压式连接：目的是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，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。

(3)I­U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差。(灯丝的电阻率随温度的升高而增大。灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随小灯泡两端电压的升高而明显增大，其I－U图线不再是过原点的直线。)

(4)当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关。

(5)误差较大的点要舍去，I­U图线应是平滑曲线而非折线。

八、误差分析(为什么)

(1)由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。

(2)电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数。

(3)在坐标纸上描点、作图带来操作误差。

考查实验原理与操作

[典例1]　(2013·江苏高考)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V　1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。

(1)准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)

 (2)现有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻。

(3)测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示。请指出图像中不恰当的地方。

1．如图甲所示是某实验小组测定电阻约为10 Ω的小灯泡的伏安特性曲线的电路图，图乙是他们按照图甲所示的电路在实物上连线的示意图，教师检查发现有一根导线的一端接错了地方，请你在图乙中的这根连线上画上“×”，并直接在图上画出这根导线的正确连线。

2．(2012·安徽高考)图实－6－6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。

[典例2]　(2014·辽宁四校模拟)由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线。可供选择的实验器材有：

A．待测电阻器Rx(2.5 V,1.2 W)

B．电流表A(0～0.6 A，内阻为1 Ω)

C．电压表V(0～3 V，内阻未知)

D．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1 A)

E．电源(E＝3 V，内阻r＝1 Ω)

F．定值电阻R0(阻值5 Ω)

G．开关一个和导线若干

(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在方框内画出实验电路图。

 (3)该同学将本实验中的电阻器Rx以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是______W。(结果保留2位小数)

3．(2013·天津高考)要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：

电池组(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)；    电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；

电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；   电键一个、导线若干。

(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)。

A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)

B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)

(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)。

 (3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W。

5．太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I­U特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。

(1) 为了达到上述目的，请将图甲连成一个完整的实验电路图。

(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I­U图像，由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池的电阻约为________Ω。

6．(2014·云南联考)有一个小灯泡上标有“4.8 V,2 W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线。有下列器材可供选用：

A．电压表V1(0～3 V，内阻3 kΩ)      B．电压表V2(0～15 V，内阻15 kΩ)

C．电流表A(0～0.6 A，内阻约1 Ω)    D．定值电阻R1＝3 kΩ

E．定值电阻R2＝15 kΩ               F．滑动变阻器R(10 Ω，2 A) 

G．学生电源(直流6 V，内阻不计)     H．开关、导线若干

(1)实验中所用电压表应选用________，定值电阻应选用________(均用序号字母填写)；

(3)利用上述实验电路图测出的电压表读数UV与此时小灯泡两端电压U的定量关系是________，下图的四个图像中可能正确的是________。