实验学案36 描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验目的
1．描绘小灯泡的伏安特性曲线． 2．分析伏安特性曲线的变化规律． 实验原理
1．用________测出流过小灯泡的电流，用________测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用________的曲线将这些点连接起来．
图1
2．电路的选择：本实验用伏安法测量在不同电压下灯丝的电流和电压，描绘出伏安特性曲线．由于使用的小灯泡是“3.8 V，0.3 A”的，正常发光时灯丝电阻约为13 Ω，阻值较小，因此应该用电流表________电路；由于要测小灯泡在不同电压下的电流、电压，电压取值范围要尽量大，因此滑动变阻器应该用________接法电路．电路图如图1所示．
实验器材
学生电源(4～6 V直流)、小灯泡“4 V，0.7 A”或“3.8 V，0.3 A”、电流表(内阻较小)、电压表(内阻很大)、开关和导线、____________、坐标纸、铅笔．
实验步骤
1．确定电流表、电压表的量程，照图1连好电路．(注意开关应______，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为____)
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的值．
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
根据测量的数据把电压表和电流表的各组数据填入下表中，然后作出I－U图线. 次数 电压U/V 电流I/A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 实验结论
描绘出的图线是一条______．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______．灯丝的电阻率随温度的升高而增大．灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随小灯泡两端电压的升高而明显增大，其I－U图线不再是过原点的直线．
注意事项
1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法． 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．
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．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．
误差分析
1．测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值大． 2．描绘I－U图线时作图不准确造成的偶然误差．
3．测量时读数不准确和在坐标纸上描点不准确引起的误差．
题型一 实验仪器及电路的选择 【例1】 (2010·海淀模拟)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下： 器材 规格 器材 规格 最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A 最大阻值 1 kΩ，额定电流0.5 A 小灯泡 标有“3.8 V， 0.3 A”字样 滑动变阻器R1 电压表V 量程0～5 V，内阻约5 kΩ 滑动变阻器R2 电流表A1 量程0～100 mA，内阻约4 Ω 电动势约为6 直流V，内电源E 阻约为0.5 Ω 导线、电键等 电流表A2 量程0～500 mA，内阻约0.4 Ω (1)在上述器材中，滑动变阻器应选________，电流表应选________． (2)在图2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．
图2
图3
(3)利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出了如图3所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是(图中P为小灯泡功率)( )
[规范思维]
题型二 伏安特性曲线的描绘及实验结果的应用
【例2】 影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．
(1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验．( )
(2)①由(1)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据请在图4中作出元件Z的I－U图线. U/V I/A
0 0 0.40 0.20 0.60 0.45 0.80 0.80 1.00 1.25 1.20 1.80 1.50 2.80 1.60 3.20
图4
②根据Z的I－U图线可判断元件Z是金属材料还是半导体材料？
图5
③把元件Z和电阻R接入如图5所示的电路中，由实验测得电阻R的I－U图线如图4所示．已知电源的电动势E＝1.5 V，内阻不计．闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为________W.
[规范思维]