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第七章 恒定电流
第四讲 实验：描绘小灯泡伏安特性曲线
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一、实验目的
1．描绘小电珠的伏安特性曲线．
2．分析伏安特性曲线的变化规律．
二、实验原理Zx x k
1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在UI坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
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2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化．
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三、实验器材
小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．
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幻灯片 6四、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，按如图所示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.
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幻灯片 73．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.
4.拆除电路，整理仪器．
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五、数据处理(画出伏安特性曲线)
1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立坐标系．Zx x k
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结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．
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六、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，作图带来误差．
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七、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“3.8 V 0.3 A”的电阻较小，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接法，目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．
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2．闭合开关S前，滑动变阻器滑片应移到使小灯泡分得电压为0的一端，从而使开关闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，也为了防止开关刚闭合时小灯泡因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，以防出现很大误差．
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4．电流表选择0.6 A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定．(1)若使用“3.8 V 0.3 A”的小灯泡，选用电压表的15 V量程．(2)若使用“2.5 V 0.6 A”的小灯泡，则选用电压表的3 V量程．
5．当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录I后马上断开开关．
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6．误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线．
7．建立坐标系时，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．
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有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的UI图线．有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～10 V，内阻20 kΩ)
C．电流表(0～3 A，电阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(5 Ω，1 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)
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G．电源、开关一个、导线若干 Zxx k
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________．为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据．滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)．
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幻灯片 17(2)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．
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幻灯片 19(2)满足实验要求的电路图如图1.
接成相应实物电路图如图2.
答案：(1)A D E (2)见解析
图1 图2
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(2011·福建高考)某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中：
(1)在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．(填选项前的字母)
A．直流电压10 V B．直流电流5 mA
C．欧姆×100 D．欧姆×1
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幻灯片 21(2)该同学采用图甲所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小电珠，○V为电压表(量程6 V，内阻20 kΩ)，○A为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关．
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Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；(选填“左”或“右”) Zx x k
Ⅱ.在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点到3点”的导线)
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幻灯片 23Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．(选填“不变”、“增大”或“减小”)
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某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某电子元件R1(6 V,2.5 W)的伏安特性曲线，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材：
A．直流电源(6 V，内阻不计)
B．电流表G(满偏电流3 mA，内阻Rg＝10 Ω)
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幻灯片 26C．电流表A(0～0.6 A，内阻未知)
D．滑动变阻器R(0～20 Ω，5 A)
E．滑动变阻器R′(0～200 Ω，1 A)
F．定值电阻R0(阻值1 990 Ω)
G．开关与导线若干
(1)根据题目提供的实验器材，请你设计出测量电子元件R1伏安特性曲线的电路原理图(R1可用“”表示)．(画在方框内)
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(2)在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用________．(填写器材序号)
(3)将上述电子元件R1和另一电子元件R2接入如图甲所示的电路中，它们的伏安特性曲线分别如图乙中oa、ob所示．电源的电动势E＝6.0 V，内阻忽略不计．调节滑动变阻器R3，使电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等，则此时电子元件R1的阻值为________Ω，R3接入电路的阻值为________Ω(结果保留2位有效数字)．
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解析：(1)(2)由电子元件的功率可知待测电子元件电阻较小，根据本题条件应选用外接法，因缺少电压表，应把电流表G改装为电压表．因要描绘伏安特性曲线，且要求多次测量尽可能减小实验误差，滑动变阻器采取分压接法，且选用R.电路如图所示．
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(3)当电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等时，由图乙可知电路中的电流为0.25 A，电子元件的分压为2.5 V．所以电阻元件R1的阻值为10 Ω，滑动变阻器R3的分压U＝(6－2.5×2)V＝1 V，接入电路的阻值为4.0 Ω. Zxx k
答案：(1)见解析 (2)D (3)10 4.0
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