利用欧姆定律测小灯泡电阻

2019-05-26 版权声明 举报文章

欧姆定律描述了导体中的电流与导体两端电压及电阻之间的定量关系,它在电学中有着广泛应用.根据欧姆定律的变形公式R=■可知,只要用电压表、电流表测出被测电阻两端的电压U和通过它的电流I,就可以计算出电阻值R,这种方法叫做伏安法.图1所示是利用此法测小灯泡电阻的实物图和电路图.

一、实验器材

根据实物图,此实验需要准备以下器材:电源、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡(被测电阻).

二、实验步骤

1.设计出实验电路图,并按电路图连接电路.

2.检查无误后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,改变小灯泡两端的电压,观察每次对应的电流值,将两电表3次实验的读数填入表格中.

3.断开开关,整理仪器.

4.根据实验数据分别求出3次实验对应的电阻值.

三、实验过程中应该注意的问题

1.根据电路图连接实物电路前,应先清点实验器材,检查器材是否齐备.

2.实验器材备齐后,应尽可能详细地了解器材规格.例如:电源的额定电压、额定电流;电压表和电流表的量程、分度值;滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流;小灯泡的额定电压等.

3.在连接实物过程中,务必做到:

(1)断开开关.

(2)选择电表量程(电压表、电流表),即确定电表的接线柱:电压表的量程可依据电源电压来确定;电流表则可根据I总=■估算出电路中的最大电流,在此基础上再确定量程.

(3)电压表应并联接入电路;电流表应串联接入电路;滑动变阻器也应串联接入电路,且按照“一上一下”的要求接入.

(4)保证电流自电表(电压表、电流表)的“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出.

(5)闭合开关前,必须将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大位置;观察电表的指针是否位于零刻度线处,如不在则应校零.

4.在电路检查无误后方可合上开关,并迅速断开开关.此过程实际是采用了试触法,判断电路连接是否正确以及电表量程的选择是否合理,在开关合上的瞬间观察电流表、电压表指针的变化,判断电表连接有无接反;电流表、电压表的量程选择是否合适.

5.收集数据时,宜从小灯泡的额定电压开始,逐次降低加在灯泡两端的电压,以获得多组电压值和电流值,采用此方法的原因主要有以下两点:

(1)刚闭合开关时,滑动变阻器的滑片置于最大电阻值的位置,此时电路的电流最小,保护了电路(包含电源、灯泡、电表等).将滑动变阻器的滑片定向移动,使电路的总电阻减小,增加了电路中的电流,同时根据串联电路分压原理,小灯泡两端的电压逐渐增大,最终达到额定电压.小灯泡在额定电压下,才能正常工作.若实验时不顾及小灯泡的额定电压,而盲目提高小灯泡两端的电压,很可能导致小灯泡使用寿命减少或烧毁小灯泡,甚至造成电路中的其他用电器故障或烧毁.

(2)移动滑动变阻器可以测量在不同电压和电流下小灯泡的多组电阻值,由于在不同电压下小灯泡灯丝的温度不同,必然导致这些电阻测量值之间的差异较大,如果仍为了减小测量误差而求这些电阻值的平均值的话,那就犯了一个科学性错误,因为这些电阻值之间存在的差距并不是由于测量误差所造成的.

6.滑动变阻器在本试验中的作用:改变被测小灯泡两端的电压(分压);同时又保护电路(限流).

7.本实验若测得的小灯泡的电阻比实际电阻大,可能的原因有:电流表的示数低于实际通过小灯泡的电流(电流表未调零);或电压表的示数高于实际小灯泡两端的电压(电压表未调零);或测定时间过长,小灯泡过度发热,使电阻增大等.

8.本实验若测得的小灯泡的电阻比实际电阻小,可能的原因有:电流表的示数高于实际通过小灯泡的电流(电流表未调零);或电压表的示数低于实际小灯泡两端的电压(电压表未调零).

9.本实验也可用于测定未知电阻值的电阻.

例 小明同学利用电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线,做测定额定电压为3V的小灯泡电阻的实验.

(1)该实验采用的测量方法是 ,

实验的原理是 .

(2)请你根据如图2所示的实物连线图,在线框内画出该实验的电路图.

(3)连接电路时,应将开关断开;闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于

端.

(4)小明同学闭合开关后,发现小灯泡不亮,但电流表有示数,接下来应进行的操作是 (选填字母序号)a.检查电路是否断路、b.更换小灯泡、c.移动滑动变阻器滑片观察小灯泡是否发光.

(5)下表中的数据是按正确的操作要求测得的,根据表中的数据3次计算出的小灯泡的阻值不相等,且随电压的增大而增大,其原因是 .

分析 (1)根据实物图可知,此实验选用了电压表和电流表,分别测出灯泡两端的电压和电流值,故采用的测量方法是伏安法测电阻.

(2)画电路图时应先画出电源符号,从电源正极开始,依次串联开关、滑动变阻器、灯泡、电流表符号,最后再到电源负极,最后将电压表应并联在灯泡两端.要注意在电路图和实物连接图中,滑动变阻器都要将左半段接入电路,且要一一对应.

(3)滑动变阻器接入电路的部分为左半段,为使接入电路的阻值最大,则应使左段部分最长,所以应将滑片置于最右端.

(4)电流表有示数,说明电路是连通的,至于灯泡不亮,则可能是电路中电流太小,也可能是灯泡短路.为查明原因,应首先移动滑动变阻器滑片,观察灯泡是否发光.若移动滑片后灯泡发光,则是因为原先电路中的电流太小;若灯泡还不亮,则是因为灯泡短路.

(5)实验过程中,灯丝的长度、横截面积、材料都没有发生变化.由于3次实验中灯泡两端电压发生变化,灯丝温度随之发生变化从而导致灯丝电阻也发生了变化,所以3次灯泡电阻值不同是由于温度不同造成的.所以,这里不能简单地将三组电阻值求平均值.

解答 (1)伏安法

R=■(或欧姆定律)

(2)如图3所示

(3)最右(B或D端)

(4)c

(5)灯丝电阻与温度有关

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