小灯泡伏安特性曲线形状成因的理论解释

实验一：测量小灯泡的伏安特性曲线一、实验原理根据伏安法测电阻，测出多组U-I值，然后做出U-I图像。

线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，图像的斜率是线性元件的电阻；非线性元件的伏安特性曲线是一条曲线。

二、实验的考察层次层次1：仪器的读数（电压表和电流表的读数）层次2：实验电路图。

滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法。

层次3：仪器的选择：滑动变阻器选小电阻。

层次4：数据处理。

设计坐标，做U-I图像，或者I-U图像，计算电阻。

层次5：电表量程不够时需要改装电表（改装电压表所需的电阻与电压表内阻几乎相当，改装电流表所需的电阻与电流表内阻几乎相当）【2016 天津与2012 四川相似度很高】三、高考题呈现的特点1.主要考察了电路图的分压接法电路图及实物图的连接。

2.仪器的选择问题，滑动变阻器的选择【电压表根据小灯泡的额定电压选择，电流表根据小灯泡的额定电流选择，滑动变阻器选小电阻】3.内外接法的误差分析4.根据测出的数据做U-I图像（注意图像都是曲线）【典型立体剖析】考点1：实验原理和仪器选择★★[例1]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：A．小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 ΩC．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 ΩD．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩE．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 AF．电池组：电动势6 V，内阻约为1 ΩG．开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选________．(填器材前选项)(2)根据你选用的实验电路，将如图所示的器材连成实物电路．答案(1)B(2)见解读图解读(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示．★★[例2]有一个小灯泡标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：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1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(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)．(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．解读因实验目的是要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，故采用如图甲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．因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0～5 V的A而舍弃0～15 V的B，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内阻8 Ω，调节不方便，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡的10×1038＝1 250倍，故电流表采用了外接法．答案(1)描绘小灯泡的I—U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E (3)如下图所示．考点2：数据处理及误差分析★★★【例3】图中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I-U特性曲线的实验器材．（1）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图1中的实验电路图连接完整．（2）开关S闭合之前，图1中滑动变阻器的滑片应该置于_____端．（选填“A端”、“B端”或“AB中间”）（3）实验中测得有关数据如下表：根据表中的实验数据，在图2中画出小灯泡的I-U特性曲线．【说明】：1.实验原理图2.数据描点，画图★★【例4】用如图甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验．小灯泡标有“6 V 3 W”的字样，铅蓄电池的电动势为8 V，滑动变阻器有两种规格：R1标有“5 Ω2 A”，R2标有“100 Ω20 mA”．各电表的量程如图甲所示．测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，并测多组数据．(1)滑动变阻器应选用__________；分压接法选小电阻(2)用笔画线代替导线，把图甲中的实物连成实验电路(有部分连线已接好)；(3)测量时电压表示数如图乙所示，则U＝________ V；(4)某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的I－U图像．分析图像不是直线的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)R1(2)实验电路如图所示(3)4.0(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大解读(1)由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用R2，滑动变阻器中的电流会超过20 mA，故选R1.(2)实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法．(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大．【高考题赏析】1.★【2009 天津 3 6】为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图甲所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。

测量小灯泡的伏安特性曲线系别：化学与药学系专业班级：药物制剂7班姓名：袁楚婷孙思琪指导老师：张玲玲摘要：小灯泡在电流一定范围内电压与电流的关系为U=KI^n，K和n是小灯泡有关的系数关键词：外接法;分压式;伏安特性曲线;最小二乘法一.实验目的（一）掌握各仪器的使用方法及正确的连接方法（二）掌握用伏安法测量电阻的基本方法及误差分析（三）测定非线性带内阻的伏安特性二.实验要求（一）设计测量小灯泡的伏安特性曲线的电路。

伏安法中有电流表内接和外接法两种，应分析使用哪一种？若用数字万用表的直流电压档测量又如何呢？设计中要考虑电压表、电流表的等级、量程等参数。

（二）验证公式：V=KI^n（三）用电脑软件处理实验数据，求系数K和n。

（四）思考如何求室温下灯丝的静态电阻和动态电阻(R=dU∕dI)三.实验方案电学元件的电流和电压之间关系曲线称为伏安特性曲线，不同电学元件的伏安特性曲线不同。

电阻的伏安特性曲线――线性，小灯泡的伏安特性曲线――非线性，二极管（正向和反向）的伏安特性曲线――非线性。

根据部分电路欧姆定律，I=U/R可得1/U=1/R，即在U~I坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。

但由于小灯泡的电阻会随温度的改变而改变，小灯泡在一定电流范围内其电压与电流的关系为U=KI^n，K和n是灯泡的有关系数。

表示非线性元件的电阻有两种方法，一种叫静态电阻，用R表示；另一种叫动态电阻，用r表示，它等于工作点附近的电压改变量与电流改变量之比。

动态电阻可以通过伏安特性曲线求出，如图一所示。

图中Q点的静态电阻R=U/I，动态电阻r为r=dU/dI=d(KI^会偏大。

而若用内接法时，由于灯泡的电阻与电流表内阻相差不大，从而电压表测量的电压比电灯泡的实际电压相差较大，从而误差也会偏大，所以选用外接法。

n)/dX=KnI^(n-1)本实验由于电压表的阻值比灯泡的阻值大得多，经过电压表的电流比灯泡的电流小得多，因此电流表的读数几乎接近经过灯泡的电流，这样实验的误差就不选用分压式是可以是电压在0~E之内变化，使电压变化范围较大。

一、测绘小灯胆的伏安特性曲线之迟辟智美创作1．实验原理(1)测多组小灯胆的U、I，并绘出I－U图象；(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．2．实验器材小灯胆“”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．3．实验步伐(1)画出电路图(如图甲)．(2)将小灯胆、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示电路．(3)丈量与记录移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右分歧的电压值U和电流值I，并将丈量数据填入自己设计的表格中．(4)数据处置①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就获得小灯胆的伏安特性曲线．4．实验器材选取(1)原则：①平安；②精确；③把持方便．(2)具体要求①电源允许的最年夜电流不小于电路中实际最年夜电流．干电池中电流一般不允许超越0.6A.②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最年夜电流．③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最年夜值．④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的13以上．⑤从便于把持来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器．5．规律方法总结1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比力两种接法的电路图负载R上电压的调节范围RER＋R0≤U≤E0≤U≤E负载R上电流的调节范围ER＋R0≤I≤ER0≤I≤ER(1)电阻相比相差未几或比滑动变阻器的总电阻还小)．(2)分压式接法适合丈量阻值较年夜的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要年夜)．3．注意事项(1)电流表外接法：本实验中被测小灯胆灯丝的电阻值较小，因此丈量电路必需采纳电流表外接法．(2)滑动变阻器应采纳分压式接法：本实验要作出U－I图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必需采纳分压式接法．(3)呵护元件平安：为呵护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最年夜电阻处，加在小灯胆两真个电压不要超越其额定电压．4．误差分析(1)由于电压表不是理想电表，内阻其实不是无穷年夜，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值年夜于真实值．(2)丈量时读数带来误差．(3)在坐标纸上描点、作图带来误差.例1某学习小组的同学拟探究小灯胆L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯胆L，规格“”；电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；电流表A2，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω；电压表V，量程3V，内阻r V＝9kΩ；标准电阻R1，阻值1Ω；标准电阻R 2，阻值3kΩ；滑动变阻器R ，阻值范围0～10Ω；学生电源E ，电动势6V ，内阻不计；开关S 及导线若干．①甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行丈量，当通过L 的电流为0.46A 时，电压表的示数如图乙所示，此时L 的电阻为________Ω.甲乙图1②乙同学又设计了如图2所示的电路来进行丈量，电压表指针指在最年夜刻度时，加在L 上的电压值是________V.图2图3③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3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．谜底①5②4③见解析图解析①电压表的示数U ＝2.30V ，所以灯胆L 的电阻R L ＝U I ＝2.300.46Ω＝5Ω. ②由题图知电压表V 与R 2串连，根据串连分压，当电压表V的示数为3V时，R2两真个电压U2＝UVrV R2＝39000×3000V＝1V，所以灯胆两真个电压U′＝U V＋U2＝(3＋1) V＝4V.③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程应酿成4.0V，电流表的量程应酿成0.7A，因此将电压表V与标准电阻R2串连改装成量程为4.0V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6A＋0.6×0.21A＝0.72A的电流表．故虚线框内实验电路如图所示．例2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯胆，其标称功率值为0.75W，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胆的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯胆的额定电压U＝PR ＝2×0.75V＝1.22V．他们怀疑所得电压值禁绝确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，丈量通过灯胆的电流和它两真个电压并根据丈量数据来绘灯胆的U－I图线，进而分析灯胆的额定电压．A．电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)B．电流表A1(量程150mA，内阻约2Ω)C．电流表A2(量程500mA，内阻约0.6Ω)D．滑动变阻器R1(0～20Ω)E．滑动变阻器R2(0～100Ω)F．电源E(电动势4.0V，内阻不计)G．开关S和导线若干H．待测灯胆L(额定功率0.75W，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，该同学将灯胆两真个电压由零缓慢地增加，当电压到达 1.23V时，发现灯胆亮度很暗，当到达2.70V时，发现灯胆已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中.图4(3)由图象得出该灯胆的额定电压应为________V；这一结果年夜于 1.23V，其原因是____________________________________________________ ____________________．解析(1)根据P＝I2R，估算灯胆的电流年夜约是600mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯胆的U－I图线，需要丈量多组数据，因此滑动变阻器应接成份压式，所以应选阻值较小的R1；小灯胆电阻不年夜，电流表应外接；(2)如图所示(3)由P＝UI＝0.75W，再结合图象可知U额＝2.5V；年夜于 1.23V的原因是由于灯胆冷态电阻小于正常工作时的电阻．谜底(1)电路原理图如图所示A2R1(2)见解析图(3)2.5(2.4～2.6)灯胆冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯胆电阻随温度升高而变年夜)二、U—I图象的物理意义及其应用用图象暗示物理规律具有直观、形象、简便、具体等显著优点，运用图象分析讨论某些物理问题不单可以防止公式法繁锁的数字计算，而且可以对物理概念和物理规律理解更加深刻.现对U—I图象作出分析.一、U—I 图象的物理意义在电动势ε和内电阻r固定的电源两端接一阻值为R的纯电阻用电器，组成一闭合电路，如图1所示，若用U暗示闭合电路的路端电压，I 暗示通图1过电源的电流强度，则有以下规律：U=IR，U=ε－Ir在U—I坐标系上分别画出以上函数的图象，即直线OP和AB ，如图2所示，这个图象包括的物理意义有：1、截距：直线AB 在纵轴上的截距暗示电源电动势ε，在横轴上的截距暗示短路电流IM=ε/r2、斜率：直线OP 的斜率暗示外电路电阻R ，直线AB 斜率的负值暗示电源的内电阻r.3、交点：直线OP 和AB 的交点为C ，其横坐标值暗示这时闭合电路的电流强度I1，纵坐标值暗示这时的路端电压或外电路两真个电压U1，图中CD 值暗示这时电源的内电压Ur .4、面积：矩形DI 1OA 的面积S 1的数值暗示这时电源的总功率，矩形CI 1OU 1的面积S 2的数值暗示这时电源的输出功率，两块面积之差ΔS=（S 1－S 2）的数值暗示这时电源内部发热消耗的功率，两块面积之比S 2∶S 1的数值暗示这时电源的效率.二、U —I 图象的应用1、分析物理量的变动规律(1)路端电压、电流强度随外电阻的变动规律直线OP 的斜率暗示闭合电路外电阻的阻值R ，当外电阻R 增年夜时，直线OP 与直线AB 的交点C 将沿BA 线向A 靠近，从图2可知，交点C 的横坐标变小，而纵坐标变年夜，这就直观地说明了“路端电压随外电阻的增年夜而增年夜，随外电阻的减小而减小；电流强度随外电阻的增年夜而减小，随外电阻的减小而增年夜”这一规律，当R →∞时，OP 与纵轴重合，C 点与A 点重合，显而易见，此时外电路1 M 图2断开，I 酿成零，路端电压变至最年夜为U=ε；反之，当R →0时，直线OP 与横轴无限地靠近，I →I M ，U →0.(2)电源输出功率随外电阻的变动规律.电源的输出功率可用图3中画斜线的矩形面积来暗示，当外电阻R由零逐渐增至无限年夜时，不难看出这块面积先由小变年夜，再由年夜变小，这暗示在变动中存在最年夜值，根据数学知识不难知道，当直线OP 与直线AB 交点C 取AB 中点时，矩形面积最年夜，此时I=I M/2=ε/2r ，U=ε/2，对应的外电阻R=U/I=r ，电源的最年夜输出功率P max =UI=ε2/4r.从而获得“当外电路的电阻R 即是电源的内阻r 时，电源的输出功率最年夜，为ε2/4r 这一规律.(3)电源的效率随外电阻的变动规律电源的效率可用图2中矩形CI 1OU 1的面积和矩形DI 1OA的面积之比来暗示，当外电阻R 由零逐渐增年夜时，由图4不难看出两块面积之比在增年夜.当R= r 时，暗示电源输出功率的矩形面积是暗示电源总功率的矩形面积的一半.因此，这时电源的效率为50%.从而获得了“电源效率随外电阻的增年夜而增年夜，随外电阻的M 图33(R< r) 图4减小而减小.当外电阻R即是内电阻r时，电源的效率为50%”这一规律.2、分析实验误差伏安法测电阻的实验误差用伏安法测电阻，由于电表内阻存在，不成防止地改变了电路自己，这就给丈量结果带来了误差.现用U—I图象来讨论外接法电路中的实验误差.如图5所示，闭合电键K，改变滑动变阻器的阻值，每改变一次，就获得一组U、I值，取几出组数值作出U—I图象的直线OP，如图6所示.直线OP的斜率值就是待测电阻的丈量值R测，因电流表中的电流是干路上的电流，比通过R的真实电流年夜，把U1、U2、…、U n相对应的通过R 的电流真实值I1、I2、…、I n算出，并在U—I图中一一标出，又可获得一条直线OP'，这条直线的斜率就是待测电阻的真实值R真，从图中直观地可得出R真>R测.用类似方法可得，内接法丈量出的电阻值，要比真实值年夜，即R真<R测R图51 221。

《描繪小燈泡の伏安特性曲線》の實驗報告一、實驗目の描繪小燈泡の伏安特性曲線，並對其變化規律進行分析。

二、實驗原理1.金屬導體の電阻率隨溫度の升高而增大，導致金屬導體の電阻隨溫度の升高而增大。

以電流I為縱坐標，以電壓U為橫坐標，描繪出小燈泡の伏安特性曲線I —U圖像。

2.小燈泡電阻極小，所以電流表應采用外接法連入電路；電壓應從0開始變化，所以滑動變阻器采用分壓式接法，並且應將滑動變阻器阻值調到最大。

三、實驗器材小燈泡一盞，電源一個，滑動變阻器一個，電壓表、電流表各一臺，開關一個，導線若幹，直尺一把。

四、實驗電路五、實驗步驟1.按照電路圖連接電路，並將滑動變阻器の滑片P移至A端，如圖：2.閉合開關S，將滑片P逐漸向B端移動，觀察電流表和電壓表の示數，並且注意電壓表示數不能超過小燈泡額定電壓，取8組，記錄數據，整理分析。

3.拆除電路，整理桌面，將器材整齊地放回原位。

六、實驗數據實驗次數ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧU(伏/V) 0.200 0.600 1.000 1.400 1.800 2.200 2.600 3.000 I(安/A) 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 七、實驗結果以電流I為縱坐標，以電壓U為橫坐標，描繪出小燈泡の伏安特性曲線I—U圖像。

八、實驗結論1.小燈泡の伏安特性曲線不是一條直線。

2.曲線原因の分析：根據歐姆定理，IU R =應該是一條直線，但是那僅僅是理想電阻，R 是恒定不變の 但是在現實の試驗中，電阻R 是會受到溫度の影響の，此時隨著電阻本身通過電流，溫度就會增加，R 自然上升，對於IU R =來說，R 代表圖線中の斜率，當R 不變時，圖像是直線，當變化時，自然就是曲線。

九、誤差分析1.測量時未考慮電壓表の分流，造成電流I の實際值大於理論值。

2.讀數時沒有讀准確，在估讀の時候出現誤差。

3.描繪圖像時沒有描繪准確造成誤差。

十、注意事項1.實驗前注意檢查電表是否指零，如果不指零，要調節定位螺絲使指針指零。

第4讲 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线 高三物理一、原理： 注意事项 1．电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．2．滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出U -I 图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a 端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压． 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，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．2．测量时读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差.二、实验操作、数据处理及实验结果的分析【典例1】一实验小组准备探究某种元件Q的伏安特性曲线，他们设计了如图1甲所示的电路图．请回答下列问题：图1(1)请将图乙中的实物连线按电路图补充完整．(2)考虑电表内阻的影响，该元件电阻的测量值________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值．(3)闭合开关S，电流表、电压表均有示数，但无论怎样移动变阻器滑片，总不能将电压表的示数调为零．原因可能是图中的________(填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”)处接触不良．(4)实验测得表格中的7组数据．请在图2中的坐标纸上作出该元件的IU图线.图2(5)为了求元件Q在I-U图线上某点的电阻，甲同学利用该点的坐标I、U，由R＝UI求得．乙同学作出该点的切线，求出切线的斜率k，由R＝1k求得．其中________(填“甲”或“乙”)同学的方法正确．小结：实物连线的原则1．先串后并，接线到柱，注意量程和正负．2．对限流电路，用笔画线代替导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”四部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处)．3．对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间．【变式跟踪1】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源(电动势约为5 V，内阻可不计)B．直流电流表(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)C．直流电流表(量程0～600 mA，内阻约为5 Ω)D．直流电压表(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ)E．直流电压表(量程0～5 V，内阻约为10 kΩ)F．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)G．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，允许通过的最大电流为0.5 A)实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．(1)实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用序号字母表示)．(2)请按要求将图3中所示的器材连成实验电路．图3(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图4甲所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝9 Ω，此时灯泡的实际功率为________W．(结果保留两位有效数字)甲乙图4三、实验原理及实验方法的迁移【典例2】已知一个标有图5“2.4 V，0.06 A”字样的电学元件的RU特性如图5所示．某同学想利用下列可供选择的实验器材，设计一个电路验证该元件的电阻R随电压U变化的图象．可供选择的器材有：电流表A1(量程100 mA，内阻约2 Ω)；电流表A2(量程0.3 A，内阻约0.3 Ω)；电压表V1(量程1 V，内阻500 Ω)；电压表V2(量程15 V，内阻1 kΩ)；定值电阻R1(电阻为1 kΩ)；定值电阻R2(电阻为10 kΩ)；滑动变阻器R0(0～10 Ω，2 A)；电池E(电动势为3 V，内阻很小)；导线若干和开关S一个．(1)利用实验电路测量时，该同学为了提高准确度，测量了多组数据．他在实验中应选用电流表________，电压表________，定值电阻________(填所选器材的符号)．(2)在方框内画出该同学的实验电路图．(3)在实验过程中，元件正常工作时电压表的示数应为________ V.四、巩固提高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A1D．量程为3 A、内阻约为0.1 Ω的电流表A2E．量程为3 V、内阻约为6 kΩ的电压表V1F．量程为15 V、内阻约为10 kΩ的电压表V2G．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)．(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．2．图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.图6(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．3．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I-U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7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74．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0.75W，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＝PR＝2×0.75 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U-I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.图8(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________________________________________________________________________．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r V＝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．①甲同学设计了如图9(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9②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10b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10高三物理第4讲实验八描绘小电珠的伏安特性曲线答案【典例1】解析(1)由电路图可知，电流表为外接法，滑动变阻器为分压式接法．(2)由电流表外接的特点可知，该元件的测量值小于其真实值．(3)当图中的f处接触不良时，控制电路由分压式变为限流式，故无法将电压表的示数调为零．(4)根据表中的数据，先描点，再利用平滑的曲线连接起来．(5)IU图线上切线(即斜率)可反映电阻的大小，但不能用来计算电阻的大小，而R＝UI则可以用来计算电阻的大小．答案(1)如图所示(2)小于(3)f(4)如图所示(5)甲【变式跟踪1】解析(1)由灯泡标识(5 V，2.5 W)知，I＝PU＝0.5 A，因此电流表选C，电压表选E.由于电路接成分压式，滑动变阻器选F.(2)如图所示(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为I max＝ER＋r＝0.6 A，在题图中的U－I图中，作出此电源的U－I图线如图中虚线所示两图线交点即表示该灯泡的实际工作点．由图知U ＝2.2 V ，I ＝0.38 A ，所以P ＝UI ＝2.2×0.38 W ＝0.84 W. 答案 (1)C E F (2)见解析图 (3)0.84(0.81～0.87)皆可 【典例2】解析 分析R-U 特性可知，该元件的最大电流为I ＝U R ＝2.440 A ＝0.06 A ＝60 mA ，故应选电流表A 1；电压最大值为2.4 V ，V 1量程太小，而V 2量程太大，将V 1与定值电阻R 1串联，当V 1(内阻500 Ω)为1 V 时，R 1两端电压为2 V ，二者串联可等效为一个量程为3 V 的电压表，满足量程需求．电压要求从0开始调节，故滑动变阻器连接采用分压法．R max <R A R V ，因此电流表采用外接法．元件正常工作时，两端电压为2.4 V ，UR V1＝R V1R V1＋R 1U ＝U3＝0.8 V .答案 (1)A 1 V 1 R 1 (2)如解析图所示 (3)0.8 四、巩固提高1．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 ＝P U ＝1.53 A＝0.5 A ，故电流表选C.(2)小灯泡在额定电压下的电阻R ＝U I ＝6 Ω，由于R V R >RR A ，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．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3．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R V R A>R2x，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 4．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＝0.7-5- 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A2R1(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．解析①电压表的示数U＝2.30 V，所以灯泡的电阻R L＝UI＝2.300.46Ω＝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＝U VR V R2＝39×3 V＝1 V，所以灯泡两端的电压U′＝U V＋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＋0.6×0.21A＝0.7-2- A的电流表．故虚线框内实验电路如下图所示．答案①5②4③如解析图所示。