描绘小电珠的伏安特性曲线练习及答案
实验（8） 描绘小电珠的伏安特性曲线
知识梳理
一、实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线. 二、实验器材
小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、导线、开关、坐标纸. 三、实验原理
用电流表和电压表测出灯泡在不同电压下的电流，建立U-I 坐标系，描点连成直线或平滑曲线即得到小灯泡的伏安特性曲线.
为了尽可能多取些数据点并减小实验误差，应选用电流表外接法，滑动变阻器分压接法电路，因为小灯泡的电阻值较小.
四、实验步骤
1. 连接电路
将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图7-3-22所示电路
.
图7-3-22
2. 测出小电珠在不同电压下的电流
（1）闭合开关S 前，滑动变阻器触头应移到最左端，以使开关闭合时小电珠电压能从0开始变化; 同时，这样做也防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝.
（2）移动滑动变阻器触头的位置，测出12组不同的电压值U 和电流值I ，并将测量数据填入表格.
I-U 图线在U 0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U ＝1.0 V左右测绘点要密，否则将出现很大误差.
3. 画出伏安特性曲线
（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电珠的伏安特性曲线. 4. 拆除电路，整理仪器
交流与思考:描绘出小电珠的伏安特性曲线后，曲线上各点对应的曲线的斜率是否表示小电珠在该电压下的电阻值？若是，说明理由；若不是，如何表示该电压下的电阻值？
∆U ∆I
提示:由于电阻的定义式为R =等于
∆U ∆I
U I
，而不是R =
U I ≠∆U ∆I
，只有U 与I 为线性关系时
U I
才
，在U 与I 为非线性关系时，所以各点对应的曲线斜率并不表示该电压
下的电阻值. 该电压下的电阻值应等于该点对应的电压与电流的比值.
五、注意事项
1. 电路的连接方式
（1）电流表应采用外接法:因为小电珠的电阻较小，与0～0.6 A电流表串联时，电流表的分压影响不能忽略.
（2）滑动变阻器应采用分压式连接:目的是为了使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.
2. 闭合电键S 前，滑动变阻器触头应移到小电珠分得电压为零的位置，可以使开关闭合时小电珠电压能从零开始变化. 同时，也为了防止开关刚闭合时小电珠两端电压过大而烧坏灯丝.
3. U-I 图线在U ＝1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在U ＝1.0 V 左右测绘点要密，否则将出现很大误差.
4. 电流表选择0.6 A量程，电压表量程选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8 V 0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V量程，若使用“2.5 V 0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V量程.
5. 保持小电珠电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值，读出I 后立即断开开关. 6. 误差较大的点要舍去，U-I 应是平滑曲线而非折线. 六、误差分析
1. 由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差. 2. 在坐标纸上描点、作图带来误差.
交流与思考:观察小电珠的伏安特性曲线，分析特点，并说明理由.
提示:由于小电珠在电压较低时没有发光，灯丝温度较低，其电阻变化不明显，所以在伏安特性曲线的开始一段接近直线. 但随着电压的不断增大，电珠开始发光，温度变化很大，因此对应电阻值也变化很大，伏安特性曲线为曲线. 典例精析
1. 实验电路和实验仪器的选择
【例1】 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U-I 图线. 有下列器材供选用:
A. 电压表（0～5 V，内阻10 kΩ） B. 电压表（0～10 V，内阻20 kΩ） C. 电流表（0～0.3 A，内阻1 Ω） D. 电流表（0～0.6 A，内阻0.4 Ω） E. 滑动变阻器（5 Ω，1 A）
F. 滑动变阻器（500 Ω，0.2 A）
（1）实验中电压表应选用______，电流表应选用______.为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用__________（用序号字母表示）.
（2）请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把由图7-3-23中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图.
图7-3-23
思路点拨:（1）如何通过计算选择仪器？
（2）如何判断电流表的内外接法？如何确定分压、限流接法？
解析:（1）因小灯泡的额定电压为4 V ， 所以电压表应选用A ，小灯泡的额定电流
I =
P U
=0. 5A ，所以电流表应选用D; 小灯泡正常工作时的电阻为R =
U
2
p
=8Ω，因为
R V R A ＞R x ，R x 为小电阻，电流表应采用外接法，要求电压表从零开始变化，故滑动变阻
器采用分压接法，为便于调节，滑动变阻器应选用E . （2）满足实验要求的电路图如图
7-3-24.
图7-3-24
接成的相应实物电路图如图
7-3-25.
图7-3-25
答案:（1）A D E （2）见解析
点评:伏安法是测量电阻的一种最基本方法，除此之外，还有替代法、半偏法等，原理是部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律. 通过该题，把握器材选取、电路设计的一般原则. 巩固与拓展
某同学测绘标有“3.8 V 0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻R 随电压U 变化的规律. （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2 Ω）; A 2（量程0.6 A，内阻约0.3 Ω）;
电压表:V1（量程5 V，内阻约5 kΩ）; V 2（量程15 V，内阻约15 kΩ）;
滑动变阻器:R 1（阻值范围0～10 Ω）; R 2（阻值范围0～2 kΩ）;
电源:E 1（电动势为1.5 V，内阻约为0.2 Ω）; E 2（电动势为4 V，内阻约为0.04 Ω）;
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7-3-26所示，由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为__________Ω;当所加电压为3.00 V 时，灯丝电阻为__________Ω，灯泡实际消耗的电功率为
__________W.
图7-3-26
（3）根据R-U 图象，可确定小灯泡电功率P 与外加电压U 的关系，符合该关系的示意图是图7-3-27中的
____________.
图7-3-27
思路点拨:（1）选择仪器应遵循精确、方便的原则，一般指针应在量程的1/3到2/3之间. （2）从图象中能获取什么信息？
解析:（1）灯泡的额定电压为3.8 V，选用V 1，V 2的量程太大，精确度不够. 额定电流为0.3 A ，选用A 2，A 1的量程为100 mA太小，会被烧坏. 灯泡的额定电压为3.8 V，则电源4 V足够用，选用E 2. 滑动变阻器R 2电阻为0～2 kΩ，阻值太大，不易调节，灯泡的电压、电流变化范围小，应选用R 1.
（2）由图读出U ＝0，灯泡的阻值为1.5 Ω，当U ＝3 V 时，由图读出灯丝电阻为11.5 Ω，算出电流为0.26 A，则功率为P ＝UI ＝3×0.26 W＝0.78 W. （3）由图得A 选项正确.
答案:（1）A 2 V 1 R 1 E 2 （2）1.5 11.5 0.78 （3）A
2. 实物连接
【例2】 用如图7-3-28所示的实验器材测定小电珠的伏安特性曲线，要求加在小电珠上的电压从零开始逐渐增大到额定电压.
图7-3-28
（1）请画出实验所用的电路图，并按电路图用导线把实物图连接起来
.
图7-3-29
（2）某同学根据实验所测的几组数据画出如图7-3-29所示的图象，图象是一条曲线而不是直线，原因是____________.
思路点拨:由小电珠的电阻小可知，电流表外接，由电压从零开始变化判断电路为分压接法. 解析:（1）因为小电珠的电阻比较小，所以采用电流表外接法；由于加在小电珠上的电压从零开始，所以采用滑动变阻器分压接法. 电路图如图甲所示，实物图如图乙所示
.
图甲
图乙
（2）灯丝电阻随温度改变而改变 答案:（1）见解析.
（2）灯丝电阻随温度改变而改变