实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验目的
1．测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。 二、实验原理 欧姆定律。 三、实验电路
图1
1．电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。 2．滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图1所示。
四、实验器材
小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。
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，按如图2所示的电路原理图连接好实验电路。
图2
2．把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S。
3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。
4．拆去实验线路，整理好实验器材。 六、数据处理
1．在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。
2．连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。 3．根据图像计算电阻时，应用R＝来计算。 七、误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。
2．测量时，读数带来偶然误差。
3．在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。 八、注意事项
1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。 2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。 3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：
2
在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至量程左右。
3
4．测绘I-U(U-I)图线时要注意三点：一是标度选取合理。即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。
[例1] 使用理想电压表、电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得I-U图像如图3所示。已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 Ω，电源电动势为6 V，内阻不计。
(1)在右侧的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图。要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大。
(2)根据I-U图像可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐________(选填“增大”或“减小”)，改变的阻值为________ Ω。
UI
图3
[解析] (1)小灯泡内阻很小，采用电流表外接法，要求研究一只小灯泡的完整的伏安特性曲线，滑动变阻器应采用分压式连接，同时考虑滑动片
向左滑动时，灯泡的电压增大，故实验原理图如图所示。
(2)A点对应灯泡的阻值：RA＝＝
UA3
Ω＝15 Ω。
IA0.2
UB6
B点对应灯泡的阻值：RB＝＝ Ω＝20 Ω。
IB0.3
故I-U图像上，由A到B的过程中灯泡的电阻逐渐增大，增大了5 Ω。 [答案] (1)见解析 (2)增大 5
[例2] 为了研究小灯泡的伏安特性曲线，现选用额定值为“3.0 V 0.4 A”的小灯泡进行实验，实验中除了电流表、电压表、开关、导线若干外，还需要________、________。
(1)根据所学的知识，回答下列问题：
实验中用两电表测量小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流时，电路怎样连接才能使测得的小灯泡电阻误差较小？为什么？
为使加在小灯泡两端的电压从零开始，且能在较大的范围内调节，滑动变阻器应怎样连接？在图4甲所示的方框内画出相关的电路图。
图4
(2)请根据你画的电路图，把图乙中的实验器材连成符合要求的实验电路。
图5
(3)为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用________V，电流表的量程应选用________A，为保证实验安全，测量范围不能超过________V和________A，开始做实验闭合开关前，应把P移到________端。
(4)若实验中测得通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压如下表所示，请在图5中画出
I-U图线，该小灯泡的电阻有何特征？并分析其主要原因。 U/V I/A 0.05 0.10 0.14 0.20 0.21 0.26 0.30 0.30 0.48 0.36 0.70 0.40 1.02 0.44 1.48 0.48 1.96 0.52 2.50 0.56 [解析] 还需要的仪器有：电源、滑动变阻器。 (1)为了在测量电阻时减小误差，电流表量程选择0～0.6 A，电压表量程选择0～3 V，电流表采用外接法。
为了能够在较大的范围内测量小灯泡两端的电压，且使小灯泡两端的电压从零开始，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图甲所示。
(2)依据电路图连接实物图如图乙所示。
(3)为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用0～3 V，电流表的量程应选用0～0.6 A，为保证实验安全，测量范围不能超过3 V和0.4 A，开始做实验闭合开关前，应把P移到D端。
(4)I-U图线如图丙所示。灯丝电阻随小灯泡两端电压的增大而增大，这是由于随着电压的增大，灯丝的温度升高，其电阻随温度的升高而增大。
[答案] 见解析
1．(多选)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，已备有以下器材：小灯泡、学生电源、开关、导线若干，还必需的器材有( )
A．电压表 C．滑动变阻器
B．电流表 D．多用电表
解析：选ABC 实验中要测量电压和电流，必需电压表和电流表，描绘图线必须测出多组U、I值，因此要用滑动变阻器调节小灯泡的电流和电压，A、B、C正确。
2．做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。
(1)实验电路图已经画出了一部分，如图6所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好；
图6
(2)按你连接的电路，S闭合后，要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向________(选填“A”或“B”)端移动。
解析：(1)采用滑动变阻器分压式连接，电路图如图所示：
(2)要使小灯泡的亮度增加，变阻器的滑片P应向B端移动。 答案：(1)见解析 (2)B
3．以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：
图7
A．闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；
B．将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路。电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图7所示；
C．调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。
(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是________，应如何改正：_________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：____________________________________。 解析：错误或不妥的步骤是ACD。A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I-U图线。C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端。D步骤：应将各点用平滑的曲线连接。
答案：(1)见解析 (2)BCAD
4．要测绘一个标有“3 V 0.6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：
电池组E(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω) 电流表A(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω) 电压表V(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ) 开关一个、导线若干