直流电路实验

直流电路实验

试验一 测小灯泡的伏安特性曲线

【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．

【实验原理】

在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是U-I曲线是条过原点的直线。但是实际电路中由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。如图1所示，根据分压电路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲线。

金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。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阻值的变化，从而了解它的导电特性。

【步骤规范】

实验步骤 操作规范

一.连接实验电路

1．对电流表、电压表进行机械调零

2．布列实验器材，接图3-1连接实验电路，电流表量程0.6A，电压表量程3V 1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。

2．电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。

二．读取I、U数据

1．将滑动变阻器的滑片C向另一端滑动，

读取一组电流表和电压表的读数

2．逐渐移动滑动变阻器的阻值，在“0～3.8V”或“0～4V”范围内记录12组电压值U和相应的电流值I

1．使电路中灯泡两端电压从0开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压

2．电流表和电压表读数要有估读（一般可估读到最小分度的101

三．描绘图线

将12组U、I值，描绘到I—U坐标上，画出I—U曲线

在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。

【注意事项】 1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．

2．因本实验要作I－U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．

3．电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的A端．

4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．

5．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来．

【典型例题】

【例1】某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下组U和I的数据：

（1）在图2中画出I-U图线。

（2）从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是：________

（3）这表明导体的电阻随温度升高而_________

【例2】（04上海）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）：

（1）在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编号 1 2 3 4 5 6 7

8

U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00

I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205

灯泡发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光

I（A） 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50

U（V） 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 —10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.

（2）在图3中画出小灯泡的U—I曲线.

（3）如果实验中已知电池的电动势是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）

【高考考点】灯泡伏安特性曲线的描述欧姆定律电阻的串、并联，串联电路的分压作用，并联电路的分流作用

【迁移应用1】现有下列器材：A、两节干电池，内阻不计；B、滑动变阻器0～10Ω；C、滑动变阻器0～500Ω；D、小灯泡（2.5V，0.5W）；E、开关；F、导线若干

请你设计一个电路，使小灯泡两端的电压能在0～2.5V范围内较方便地连续变化。

（1）滑动变阻器应选

（2）画出对应的电路图。

【迁移应用2】用如图4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两挡，内阻可忽略；电压表有15V、3V两挡，内阻很大．测量时要求加在灯泡两端的电压可持续地从0调到12V．按要求在实物图上连线（其中部分线路已经连好）．

【迁移应用3】（06北京卷）某同学用图5所示电路，测绘标有“3.8V,0.3V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:

电流表：A:(量程100mA,内阻约2);

A:(量程0.6A,内阻约0.3);

电压表：V1(量程5V,内阻约5);

V2(量程15V,内阻约15);

电源：E1(电动势为1.5V，内阻为0.2);

E2(电动势为4V,内阻约为0.04).

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6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3.00V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__________．

图5

实验二、测定金属的电阻率

【实验目的】

1．练习使用螺旋测微器；

2．学会用伏安法测电阻；

3．测定金属的电阻率。

【实验原理】

1.根据电阻定律有，金属的电阻率

因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和导线的电阻R，就可以求出金属丝的电阻率ρ

①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I

只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I，就可以测出金属丝的电阻．即用伏安法测出金属丝的电阻R

②金属丝的长度l可以用米尺测量．

③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出，即S=πd2/4．由于金属丝的直径较小，因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器来测量．这就是本实验的实验原理．

若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表达式为

2．在测定金属线的电阻时，为了防止金属线过热造成金属线的长度及电阻率的变化，因此，流过金属线的电流不宜太大．则当电流表具有0～0.6A和0～3A两种量程时，应当选用哪个量程?如果被测金属线电阻约5Ω，电压表具有0～3V和0～15V两种量程，应当选用哪个量程?

答：

3、在图1中，电流表选用0～0.6A量程，电压表选用0～3V量程，则各指针所指示的分别为:I是 A，Ⅱ是 A；Ⅲ是 V，Ⅳ是 V．

图4

图6

图1 4、螺旋测微器的操作与读数．

使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和测微螺杆F之间，先调节旋钮D，在测微螺杆F快靠近被测物体时，改用微调旋钮D，，这样不致于在测微螺杆和被测物体之间产生过大的压力，既可以保护仪器，又能保证测量结果的准确性．当听到咔咔的声音时停止转动，并用止动螺旋止动．

读数时，被测物体长度大于o．5 mm的部分在固定刻度上读出，不足o．5 mm的部分在可动刻度上读出，读可动刻度示数时，还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可用下面公式表示：

螺旋测微器的读数＝固定刻度上的读数+可动刻度上的格数×精确度o.01 mm

读出图2各示数

A、 B、 C、 D、

5、由于被测金属丝的电阻较小，一般为5Ω～10Ω，电压表3 V档的内阻约为3 kΩ，电流表0.6 A档的内阻约为0.1Ω，所以测量电路应采用电流表外接法．为了调节金属丝两端的电压，应选用滑动变阻器，根据本实验的实际情况，可采用滑动变阻器的限流接法．

【步骤规范】 实 验 步 骤 操 作 规 范

一．测量金属导线的直径

1．观察螺旋测微器两小砧合拢时，可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合，观察螺旋测微器的最小分度值

2．将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微螺杆之间，正确操作螺旋测微器，测出金属导线的直径

3．在金属导线的不同位置、不同方向上，再测两次，求出平均值

1．螺旋测微器的最小分度是0.01mm，应估读到0.001mm

2．⑴螺旋测微器的正确握法是：用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧，用右手大拇指和食指旋动旋钮

⑵调节旋钮时，应先用粗调旋钮，使小砧与金属导线接近，然后改用微调旋钮推进活动小砧，当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时，才可读数

⑶读数时，先读出固定刻度上的毫米整数部分（注意半毫米刻度线是否露出），再读出可动刻度的值（如半毫米刻度线已露出，应加上0.500mm），作后读出估读值

二．用伏安法测金属导线的电阻

1．对电流表、电压表进行机械调零

2．将金属导线拉直，固定在木条上

3．按图连接电路

1.若表针不在零位，用螺旋刀旋动机械调零螺钉，使其对正

2．⑴连接电路前，先布列仪器，使其位置合适，然后先电阻、后电表依次连接电路，电源最后接

⑵电键接入电路时，应处于断开位置

⑶闭合电键前，变阻器阻值应最大

⑷导线的连接处必须在接线柱上（无“丁”字图2