幻灯片 1 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
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U－I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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幻灯片 2 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。
四、滑动变阻器的限流接法和分压接法
1．两种接法比较
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幻灯片 3都是为了保护电路元件
a端
b端
闭合S前触头位置
分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围
分压电路调节范围大
0≤U≤E
负载R上电压调节范围
串、并联关系不同
两种接法
电路图
对比说明
分压接法
限流接法
方式
内容
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幻灯片 4 由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围很大，限流式接法较节能。
2．两种接法的选择
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幻灯片 5 (2)两种接法的适用条件
限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。
分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。
如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大。Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节。
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幻灯片 6 ①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。
③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。
④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。
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幻灯片 7 五、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，按图实－8－1中的原理图连接好实验电路。
图实－8－1
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幻灯片 8 (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。
I(A)
3.8
3.6
3.2
2.8
2.4
2.0
1.6
U(V)
I(A)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
U(V)
(4)拆除电路，整理仪器。
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幻灯片 9 六、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，就得到小电珠的伏安特性曲线。
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幻灯片 10 七、注意事项
(1)电路的连接方式：
①电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)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：目的是使小电珠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电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠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电珠两端电压过大而烧坏灯丝。
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幻灯片 11 (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)当小电珠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。
八、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。
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幻灯片 12实验原理与操作
[例1] (2012·安徽高考)图实－8－2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。
图实－8－2
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幻灯片 13 (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。
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幻灯片 14 [解析] (1)①滑动变阻器在最左端时，小灯泡电压最小，为了保护小灯泡不被烧坏，因此在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最左端。②在调节滑动变阻器时，应注意电压表的示数，不能超过小灯泡的额定电压。
[答案] (1)①使它靠近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，直至电压达到额定电压
(2)如图实－8－3所示
图实－8－3
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幻灯片 15[题组演练]
1．在描绘小灯泡的伏安特性曲线时，采用如图实－8－
4所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是 ( )
图实－8－4
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幻灯片 16A．灯泡中灯丝已烧断
B．滑片接触不良
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
解析：由图知，若电压表的电阻无穷大，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错。若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错。若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，故D错。若灯泡内部短路则灯泡两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C。
答案：C
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幻灯片 172．如图实－8－5甲所示是某实验小组测定电阻约为10 Ω
的小灯泡的伏安特性曲线的电路图，图乙是他们按照图甲所示的电路在实物上连线的示意图，教师检查发现有一根导线的一端接错了地方，请你在图乙中的这根连线上画上“×”，并直接在图上画出这根导线的正确连线。
图实－8－5
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幻灯片 18解析：由题图甲可看出，测量小灯泡的伏安特性曲线的供电电路图是分压式接法，测量电路是安培表外接法。正确连线如图所示。
答案：见解析
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幻灯片 19数据处理与误差分析
[例2] 表格中所列数据是测量小电珠U－I关系的实验数据：
0.215
0.205
0.195
0.180
0.150
0.100
0.050
0.000
I(A)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.2
0.0
U(V)
(1)分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图实－8－6中的________(选填“甲”或“乙”)；
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幻灯片 20图实－8－6
(2)在图实－8－7所示的方格纸内画出小电珠的U－I曲线。分析曲线可知小电珠的电阻值随I变大而________(选填“变大”“变小”或“不变”)；
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幻灯片 21图实－8－7
(3)如图实－8－8所示，用一个定值电阻R和
两个上述小电珠组成串并联电路，连接到内阻
不计、电动势为3 V的电源上。已知流过电阻R
的电流是流过电珠L2电流的两倍，则流过电珠L1的电流约为________A。
图实－8－8
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幻灯片 22 [解析] (1)从表中数据可看出，电珠两端电压可以从零开始调节，这说明滑动变阻器应选用分压接法，故应选用甲图。
(2)在方格纸上根据U－I数据描点、连线，其U－I图象如图实－8－9所示。随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大。
图实－8－9
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幻灯片 23 (3)因流过电阻R的电流是流过电珠L2电流的两倍，则流过灯L1的电流是流过灯L2电流的3倍，而灯L1、L2两端的电压之和为3 V，在(2)描出的U－I图象中，找出一个电流I对应的电压U1，再找出3I对应的电压U2，直到U1＋U2＝3 V为止。
最后得出结果，流过电珠L1的电流为0.21 A
[答案] (1)甲 (2)U－I图线见解析 变大 (3)0.21
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幻灯片 24[题组演练]
3．(2011·广东高考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验
中，所用器材有：小电珠(2.5 V,0.6 W)，滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。
(1)粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”“×10”或“×100”)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图实－8－10甲所示，结果为________Ω。
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幻灯片 25图实－8－10
(2)实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图实－8－11中的连线。
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幻灯片 26图实－8－11
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幻灯片 27(3)开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动。
(4)下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)。
0.244
0.216
0.185
0.156
0.122
0.000
I/A
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
U/V
f
e
d
c
b
a
数据点
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幻灯片 28解析：(1)因为小电珠的电阻比较小，故应该选“×1”倍率，由题图读得电阻为7.5 Ω。
(2)因为小电珠的电阻比较小，故伏安法测量时应该用电流表外接法，测量的电压应该从零开始，故滑动变阻器要用分压式接法，实物连接如图所示。
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幻灯片 29(3)开关闭合前滑片P应置于a端，为了使小电珠亮度增加，应使滑片从中点向b端滑动。
(4)ab之间电流增加了0.122 A，其他段电流依次增加了0.03 A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030 A、0.060 A、0.090 A，分别测出相应的电压值。
答案：(1)×1 7.5 (2)见解析图 (3)a b (4)ab
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幻灯片 304．(2012·四川高考)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rV＝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。
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幻灯片 31图实－8－12
图实－8－13
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幻灯片 32(1)甲同学设计了如图实－8－12甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46 A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为________ Ω。
(2)乙同学又设计了如图实－8－13甲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，在图实－8－13乙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。
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幻灯片 33(2)电压表与电阻R2串联，电压表两端的电压3 V，根据串联电路电阻与电压的关系，电阻R2两端的电压为1 V，灯泡L两端的电压为电压表和电阻R2两端的电压之和，即为4 V；
(3)如图所示。
答案：(1)5 (2)4
(3)见解析图
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幻灯片 34实验的改进与创新
[例3] (2013·丹东调研)小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大，因而引起功率变化。一研究性学习小组在实验室通过实验研究这一问题，实验室备有的器材是：电压表(0～3 V，约3 kΩ)，电流表(0～0.6 A，约0.1 Ω)，电池，开关，滑动变阻器，待测小灯泡，导线若干。实验时，要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压。
(1)在虚线框内画出实验电路图。
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幻灯片 35 (2)根据实验测得数据描绘出如图实－8－14所示的U－I图象，小灯泡电压随电流变化曲线，由此可知，小灯泡电阻R随温度的升高而________。(填：变大、不变、变小)
图实－8－14
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幻灯片 36 (3)如果一电池的电动势为2 V，内阻为2.5 Ω。请你根据上述实验的结果，确定小灯泡接在该电池的两端，小灯泡的实际功率是________ W。
[解析] 根据题目要求，小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压，应该设计成分压电路；由于小灯泡电阻不大，电流表内接。由小灯泡电压随电流变化曲线可知，图线上点的纵横坐标比值随电流的增大而增大，说明小灯泡的电阻R随电流的增大而增大。而电流增大则导致灯丝温度升高，所以小灯泡的电阻R随温度T升高而增大。
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幻灯片 37在题给的小灯泡电压随电流变化曲线上作出电池的伏安特性曲线，该曲线与小灯泡电压随电流变化曲线的交点对应的纵横坐标值(0.40,1.10)即为小灯泡的电压和电流，小灯泡的实际功率是P＝UI＝1.10×0.40 W＝0.44 W。
图实－8－15
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幻灯片 38[答案] (1)实验电路图如图实－8－16所示。
图实－8－16
(2)变大 (3)0.44 (0.39～0.48都得分)
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幻灯片 39 一、本题创新点分析
1.源于教材——本例所用的器材和实验电路图与教材实验是相同的。
2.高于教材——本例的实验目的不是描绘小灯泡的伏安特性曲线，而是研究功率的变化规律。
二、本实验还可以从以下方面进行改进创新
实验器材的创新
如何测定和描绘一只标有“220 V，40 W”的白炽灯丝的伏安特性曲线？
提示：可以利用交流电及可调变压器来进行测定。
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幻灯片 40[题组演练]
5．太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的
2010年世博会上，大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I—U特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。
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幻灯片 41(1) 为了达到上述目的，请将图实－8－17甲连成一个完整的实验电路图。
(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I—U图象，由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池的电阻约为________Ω。
图实－8－17
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幻灯片 42解析：(1)实验电路如图所示。
答案：(1)见解析图 (2)很大 1.0×103(965～1 040)
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幻灯片 436．(2013·郑州模拟)如图实－8－18甲所示为某同学实验
得到的小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图。
图实－8－18
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幻灯片 44(1)在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到U－I关系的完整曲线)，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器(变化范围0～50 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。
(2)如果将该小灯泡分别接入图实－8－19甲、乙两个不同电路，其中甲电路的电源为一节干电池，乙电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为1.5 V，内电阻为1.5 Ω，定值电阻R＝18 Ω，则接入________(选填
“甲”或“乙”)电路时，小灯泡较亮些。
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幻灯片 45图实－8－19
(3)在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为________ W。
(4)若将电路乙中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此时电源内部的发热功率为________ W。
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幻灯片 46解析：由于要画出U－I关系的完整曲线，必须用分压接法画出实验电路图。分别在小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线交点即为工作点。显然接入甲电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些。在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为P＝UI＝1×0.15 W＝0.15 W。若将电路乙中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，可等效为电动势为2.25 V，内阻为2.25 Ω的电池连接一个灯泡，
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幻灯片 47在小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图上画出电源(电动势2.25 V，内阻2.25 Ω)的伏安特性曲线，与小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线交点对应的横坐标值为电源输出电流I＝0.26 A，此时电源内部的发热功率为P＝I2r＝0.262×4.5 W≈0.30 W。
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幻灯片 48答案：(1)实验电路图如图所示。
(2)甲 (3)0.15 (4)0.30
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