【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 IU 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 IU 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 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．IU 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，IU 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 IU 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。

[答案]　(1)描绘小灯泡的 IU 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据

(2)A　D　E

(3)如图所示

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