实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线
知识点一 实验电路与器材选择
1.在“描绘标有‘9V 5W’小灯泡伏安特性曲线”的实验中,要求测量从0V到9.0V的电压下通过小灯泡的电流,实验室提供了下列器材:电流表A(量程0.6A,内阻0.3Ω)、电压表V(量程15.0V,内阻10kΩ)、滑动变阻器R(最大阻值为50Ω)、电源E(电动势15V)和开关、导线若干.图LS1-1给出的测量电路图中,最合理的是( )
图LS1-1
2.为研究额定电压为2.5V的某电阻(额定电压下的阻值约2200Ω)的伏安特性曲线,做了如下实验:
(1)为描绘该电阻的伏安特性曲线(要求电压从零开始连续变化),提供的器材如下: A.毫安表mA(量程2mA,内阻约30Ω) B.电压表V(量程3V,内阻约3kΩ)
C.滑动变阻器R1(阻值0~10kΩ,额定电流0.5A) D.滑动变阻器R2(阻值0~10Ω,额定电流2A) E.直流电源(电动势3V,内阻约0.2Ω) F.开关一个,导线若干
滑动变阻器应选用 (填器材前的字母).
(2)如图LS1-2所示的实物电路中部分导线已连接,请用笔画线代替导线将电路补充完整.
图LS1-2
3.在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,使用的小灯泡规格为“6V 3W”,其他可供选择的实验器材有:
电压表V(量程为6V,内阻为20kΩ); 电流表A1(量程为3A,内阻为0.2Ω); 小初高学习+K12
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电流表A2(量程为0.6A,内阻为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.
实验中要求在电压表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,则上述器材中:
(1)电流表应选 ,变阻器应选 ;
(2)请在下面的虚线框中画出实验原理图; (3)根据实验原理图,用笔画线代替导线将图LS1-3中的实物连接成实验电路.
图LS1-3
知识点二 实验数据处理与误差分析
4.描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如图LS1-4所示,所用小电珠的额定电压是3.8V.关于该实验的系统误差,下列说法中正确的是( )
图LS1-4
A.系统误差主要是由电压表的分流引起的 B.系统误差主要是由电流表的分压引起的 C.系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的 D.系统误差主要是由读数时的估读引起的
5.[2017·山西大学附中期中]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,实验室提供了小灯泡(2.5V,0.5A)、电流表、电压表以及滑动变阻器等实验器材.
(1)图LS1-5甲为实验中某同学连接好的实验电路图,在开关闭合后,把滑片P从A端向B端移动过程中会观察到电压表示数变_________(选填“大”或“小”).
(2)某同学由测出的数据画出I-U图像,如图乙所示,当小灯泡两端的电压为2.0V时,小灯泡的电阻R= Ω,此时小灯泡的实际功率P= W.(结果保留两位有效数字)
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图LS1-5
6.某同学用如图LS1-6所示电路测绘标有“3.8V 0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图像.
图LS1-6
(1)除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表A1(量程为100mA,内阻约为2Ω); 电流表A2(量程为0.6A,内阻约为0.3Ω); 电压表V1(量程为5V,内阻约为5kΩ); 电压表V2(量程为15V,内阻约为15kΩ); 滑动变阻器R1(阻值范围为0~10Ω); 滑动变阻器R2(阻值范围为0~2kΩ); 电源E1(电动势为1.5V,内阻约为0.2Ω); 电源E2(电动势为4V,内阻约为0.04Ω).
为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选用 ,电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 ,电源应选用 .(填器材符号)
(2)在图LS1-7中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路.
图LS1-7
(3)根据实验数据,计算并描绘出的R-U图像如图LS1-8所示.由图像可知,此小灯泡在不工作时,灯丝电阻为 Ω;当所加电压为3V时,灯丝电阻为 Ω.
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图LS1-8
7.某同学在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,得到如下表所示的几组U、I数据: 编号 1 0.20 0.020 2 0.60 0.060 3 1.00 0.100 4 1.40 0.140 5 1.80 0.170 6 2.20 0.190 7 2.60 0.200 8 3.00 0.205 U/V I/A (1)试在图LS1-9中画出U-I图线.
图LS1-9
(2)当U<1.40V时,灯丝电压与电流成 比,灯丝电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”);当U>1.40V时,灯丝的温度逐渐升高,其电阻随温度升高而 (选填“增大”“减小”或“不变”).
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1.B [解析]要求电压从0到额定电压变化,所以滑动变阻器必须采用分压接法,标有“9V 5W”的小灯泡在额定电压下的电阻R=Ω=16.2Ω,因R<,电流表采用外接法,选项B正确.
2.(1)D (2)如图所示
[解析]描绘伏安特性曲线要求电压或电流从0开始调节,滑动变阻器采用分压式接法,选最大阻值较小的变阻器,因待测电阻Rx>,电流表采用内接法. 3.(1)A2 R2 (2)如图甲所示 (3)如图乙所示
[解析](1)计算可知小灯泡的额定电流为0.5A,因所选电流表是测灯泡中的电流,故电流表选A2,因要求电压从0开始变化,所以滑动变阻器采用分压式接法,应该选总阻值小的,选R2. (2)小灯泡电阻小,应该采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,电路图如图甲所示. (3)如图乙所示.
甲
乙
4.A [解析]由于小电珠的电阻比较小,所以采用电流表外接法,此时电压表的测量值是准确小初高学习+K12
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的,但是电流表的测量值和真实值相比要大,产生系统误差的主要原因是电压表分流,A正确.
5.(1)大 (2)4.4 0.90
[解析](1)把滑片P从A端向B端移动,PA间电阻变大,会观察到电压表示数变大.
(2)由图乙可得,当小灯泡两端的电压为2.0V时,电流为0.45A,小灯泡的电阻R==4.4Ω,此时小灯泡的实际功率P=UI=0.90W.
6.(1)A2 V1 R1 E2 (2)如图所示 (3)1.5 11.5
[解析](1)电源的电动势要略大于额定电压,所以电源应选E2;由小灯泡的标称值知其额定电流为0.3A,故电流表应选A2;为减小读数误差,在电压表量程满足条件的前提下,应尽量选择小量程的电压表,故电压表应选V1;为了调节电压方便,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,故滑动变阻器应选R1.
(2)根据实验原理图,将实物图连接,其实验电路如图所示.
(3)小灯泡不工作时的电阻,即其两端电压为零时的阻值,由题中的R-U图像可以看出,当小灯泡两端电压为0时所对应的阻值为1.5Ω;由R-U图像可以看出,当小灯泡两端的电压为3V时,所对应的阻值为11.5Ω. 7.(1)如图所示 (2)正 不变 增大
[解析](1)根据给出的坐标系描点,用平滑的曲线连接,如图所示.
(2)从图像得到,当U<1.40V时,灯泡电压与电流成正比,灯丝电阻不变;当U>1.40V时,图线上的点与坐标原点连线的斜率逐渐增大,故灯丝电阻随温度的升高而增大.
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