第4讲 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线

1．一只小灯泡，标有“3 V,1.5 W”的字样．现要描绘小灯泡0～3 V的伏安特性

曲线．实验器材有：

A．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器

B．电动势为6 V、内阻约为1.0 Ω的电源

C．量程为0.6 A、内阻约为1.0 Ω的电流表A1

D．量程为3 A、内阻约为0.1 Ω的电流表A2

E．量程为3 V、内阻约为6 kΩ的电压表V1

F．量程为15 V、内阻约为10 kΩ的电压表V2

G．开关、导线若干

(1)电压表应选用________；电流表应选用________．(将选项代号的字母填在横线上)

(2)在该实验中，设计了如图1所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________(将选项代号的字母填在横线上)．

图1

(3)以下是该实验的操作步骤：

A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；

B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并

联部分的阻值最大；

C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数(U1，I1)，移动滑动变阻器

的滑片，每移动一次记下一组(U，I)值，共测出12组数据；

D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改．

解析　(1)因为小灯泡的额定电压为3 V，故电压表选E；小灯泡的额定电流I＝＝ A＝0.5 A，故电流表选C.(2)小灯泡在额定电压下的电阻R＝＝6 Ω，由于>，故电流表外接．描绘伏安特性曲线时，电压从零开始，需用滑动变阻器的分压式接法，选C.

答案　(1)E　C　(2)C　(3)步骤B不妥，闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零；步骤D有错，应为按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来．

2．有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线，现有下列器材供选用：

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0.4 Ω)

D．电流表(0～0.6 A，内阻1 Ω)

E．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A)

F．滑动变阻器(最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A)

G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干

(1)实验时，选用图2甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：_________________________________________________________________.

(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)

图2

解析　(1)因实验目的是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，故采用甲图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．(2)因小灯泡额定电压为4 V,0～15 V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5 V的A；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电阻8 Ω，调节不方便，故应选滑动变阻器E；又因RVRA>R，所以电流表应外接．

答案　(1)描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据　(2)A　D　E

3．图3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.

图3

(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)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，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．

(2)与实物电路相应的电路图如图所示．

答案　(1)①使它靠近滑动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，直至电压达到其额定电压　(2)如解析图所示

4．物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75 W，额定电压值已模糊不清．他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝＝ V＝1.22 V．他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯泡的UI图线，进而分析灯泡的额定电压．

A．电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)

B．电流表A1(量程150 mA，内阻约2 Ω)

C．电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 Ω)

D．滑动变阻器R1(0～20 Ω)

E．滑动变阻器R2(0～100 Ω)

F．电源E(电动势4.0 V，内阻不计)

G．开关S和导线若干

H．待测灯泡L(额定功率0.75 W，额定电压未知)

(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________(填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择________(填“R1”或“R2”)．





(2)在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中.

次数

1

2

3

4

5

6

7



U/V

0.20

0.60

1.00

1.40

1.80

2.20

2.70



I/mA

80

155

195

227

255

279

310



请你根据实验数据在图4中作出灯泡的U－I图线．

图4

(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为________V；这一结果大于1.23 V，其原因是__________________________________________________________．

解析　(1)根据P＝I2R，估算灯泡的电流大约是600 mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U－I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻不大，电流表应外接；

(2)如图所示

(3)由P＝UI＝0.75 W，再结合图象可知U额＝2.5 V；大于1.23 V的原因是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻．

答案　(1)电路原理图如图所示　A2　R1

(2)见解析图

(3)2.5(2.4～2.6)　灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)

5．某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L，规格“4.0 V,0.7 A”；

电流表A1，量程3 A，内阻约为0.1 Ω；

电流表A2，量程0.6 A，内阻r2＝0.2 Ω；

电压表V，量程3 V，内阻rV＝9 kΩ；

标准电阻R1，阻值1 Ω；

标准电阻R2，阻值3 kΩ；

滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω；

学生电源E，电动势6 V，内阻不计；

开关S及导线若干．

甲同学设计了如图5(1)所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46

A时，电压表的示数如图(2)所示，此时L的电阻为________Ω.

图5

②乙同学又设计了如图10a所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V.

③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图6b所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．

图6

解析　①电压表的示数U＝2.30 V，所以灯泡的电阻RL＝＝ Ω＝5 Ω.

②由题图知电压表V与R2串联，根据串联分压，当电压表V的示数为3 V时，R2两端的电压U2＝R2＝×3 V＝1 V，所以灯泡两端的电压U′＝UV＋U2＝(3＋1)V＝4 V.

③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程为4.0 V，电流表的量程为0.7 A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装为量程为4.0 V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1，并联改装量程为0.6 A＋ A＝0.72 A的电流表．故虚线框内实验电路如下图所示．

答案　①5　②4　③如解析图所示

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