【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线含解析

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实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

[学习目标]　1.[科学探究]描绘小灯泡的伏安特性曲线。2.[科学思维]分析伏安

特性曲线的变化规律。3.[科学方法]会正确选择实验器材和实验电路。4.[科学方法]

掌握分析图线的方法，正确进行数据处理。

一、实验原理和方法

1．用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出

多组(U，I)值，在 IU坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起

来。

2．据欧姆定律可知，在电阻不变的纯电阻电路中，电流 I与电阻 R两端的电

压U成正比，即 I＝

，其 IU图线是一条过原点的直线。由于小灯泡的电阻随着

温度的升高而增大，故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线。

3．由于小灯泡的电阻很小，当它与电流表串联时，电流表的分压影响很大，

为减小实验误差，应采用电流表“外接法”。

二、实验器材

小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、直流电源、开关、导线。

三、实验步骤

1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式

接法，按图中的原理图连接好实验电路。

2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关

S。

3．移动滑动变阻器滑片位置，测出 12 组左右不同的电压值 U和电流值 I，

并将测量数据填入表格中，断开开关 S。

U(V)

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

I(A)

U(V)

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

3.8

I(A)

4.拆除电路，整理仪器。

四、数据处理

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，就得到小灯泡的伏安特性曲线。

五、误差分析

1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。

2．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数。

3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差。

六、注意事项

1．电路的连接方式

(1)电流表应采用外接法：因为小灯泡的电阻很小，与 0～0.6 A 的电流表串联

时，电流表的分压影响很大。

(2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小灯泡两端的电压能从零开始连

续变化。

2．闭合开关 S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，

使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小

灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。

3．IU图线在 U0＝1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在 U＝1.0 V 左右绘点要密，

以防出现较大误差。

4．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录 I后马上断开开

关。

5．误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线。

【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 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，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：

__________________________________________________

_____________________________________________________。

甲　　　　　乙

(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。

[解析]　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。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，因15 V 的量程太大，读数误差大。小灯泡的额定电流 I＝0.5 A，

则电流表应选 D。滑动变阻器应选用阻值小的滑动变阻器 E。小灯泡内阻为电流

表内阻的

＝20 倍，电压表内阻是小灯泡内阻的

＝1 250 倍，故电流表

采用了外接法。

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