北京市第十一中学2023届高考物理二轮复习实验专题讲义：实验十一 描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验十一: 描绘小灯泡的伏安特性曲线 1.实验目的： 描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律。 2.实验原理 金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍。它的伏安特性曲线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的。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，其阻值变化，从而了解它的导电特性。 3、实验器材： 学生电源（4~6V直流），小电珠（“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”），电流表（内组较小），电压表（内组很大），开关和导线。 4.实验过程： （1）确定电流表、电压表的量程，照图连好电路。（注意开关应断开，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为零）。 （2）闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I值。 （3）用同样的方法测量并记录约12组U值和I值。 （4）断开开关S，整理好器材。 （5）在坐标纸上，以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系，并根据表中数据描点，连接各点得到I-U图线，（注意：连接各点时，不要出现折线） 数据处理 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电压U/V 电流I/A 【结论】 描绘出的图线是一条 线。它的斜率随电压的增大而 ，这表明小灯泡的电阻随电压（温度）升高而 注意事项 1.由欧姆定律可知,对一纯电阻用电器,有I=U/R.因此,当R为定值时,I—U图线应为一过原点的直线.但由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额定电压过程中,灯丝温度由室温升高到近2000℃,因此灯丝电阻率有明显增大,故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线. 2.实验用的小灯泡通常为“3.8V 0.3A”一类小电珠,其在白炽状态下电阻很小,在室温下电阻更小,因此为减小实验误差,测量电路应采用电流表外接法. 3.为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化,滑动变阻器应采用分压式连接. ( 例1. （ ★★★ ） 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）： 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 （1）在左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 — 10 Ω ）、电源、小灯泡、电键、导线若干 . （2）在右图中画出小灯泡的 U — I 曲线 （3）如果某一电池的电动势是 1.5 V，内阻是 2.0 Ω . 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） ) 【考点】测定小灯泡的伏安特性曲线 【解析】（1）伏安法测灯泡电阻，电源、滑动变阻器、灯泡、电流表组成串联电路，电压表并联在灯泡两端，实验电路如图1所示． （2）根据实验得到的数据在U-I坐标系中描点，并将这些数据点连接成一条平滑的曲线，如图2所示． （3）作出电源的U-I图线，它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小灯泡的工作点，小灯泡的实际电流为0.35A，电压为0.80V，功率P=IU=0.8V×0.35A=0.28W． 【答案】（1）见下图（2）见下图 （3）作出U=图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28. 【教学建议】本题考查了实验电路的设计、作图象、求灯泡功率，设计实验电路是实验常考问题，知道实验原理是正确设计实验电路的关键，要掌握用图象法处理实验数据的方法． ( 例2. （ ★★★ ） 某同学用图所示电路，测绘标有 “ 3.8 V,0.3 V ” 的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的图象 . 了导线和开关外，有以下一些器材可供选择 : 电流表： A 1 （量程 100 mA ，内阻约 2Ω ）； A 2 （ 量程 0.6 A ，内阻约 0 . 3Ω )； 电压表： V 1 ( 量程 5 V ，内阻约 5 k Ω ) ； V 2 （量程 15 V ，内阻约 15Ω ) ； 电源： E 1 （电动势为 1 . 5 V ，内阻为 0 . 2Ω ）； E 2 （电动势为 4V ，内阻