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伏安法测小灯泡电阻是初中物理最重要的实验之一,其实验原理图如下图所示,实验步骤较为简单:用电压表测量小灯泡两端电压,用电流表测量通过小灯泡的电流,电压除以电流得电阻。该实验涉及滑动变阻器,而在滑动变阻器的选择上是有讲究的,一要看电路中可能出现的电流或电压范围,二要看最大阻值是否合适,三要看它允许通过的最大电流是否大于它在电路中正常工作时通过的电流。初中阶段所测小灯泡〔额定电压(小灯泡正常工作时两端的电压)为2.5V或3.8V〕在正常工作时的电阻在10Ω左右,电流表的内阻不计、电压表所分电流不计,所选的滑动变阻器的最大阻值跟小灯泡的阻值差不多,过大,则控制电流不平稳,滑片稍有移动,小灯泡的电流、电压就有很大变化;过小,则控制精度不够,滑片移动很大,小灯泡的电流、电压变化微小。
例 在测定小灯泡电阻的实验中:
(1)电源电压要小灯泡的额定电压,串联一个滑动变阻器是为了。
(2)闭合开关前,滑动变阻器应滑到 位置,这样做的好处是。
(3)为了测定额定电压为3.8V的小灯泡的电阻,除了小灯泡、开关、导线外,还应在下面器材中选用()。
A.电源(3V) B.电源(9V)
C.电源(36V) D.电压表(0—3V)
E.电压表(0—15V) F.电流表(0—0.6A)
G.电流表(0—3A) H.“10Ω 2A”滑动变阻器
I.“30Ω 1A”滑动变阻器 J.“200Ω 0.6A”滑动变阻器
(4)根据上述器材,电压表量程应选 ,电流表量程应选 。
解析:在用“伏安法”测定小灯泡电阻的实验探究中,除了使小灯泡在额定电压下正常发光时测定电阻外,还要使小灯泡两端电压低于或高于(不超过额定电压的1.2倍)额定电压时测定其电阻,故电源电压一定要大于小灯泡的额定电压。
滑动变阻器与小灯泡串联,除了分压限流保护小灯泡外,还可以通过滑动滑片改变加在小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,以便进行多次测量。在闭合开关前,滑片应滑到最大阻值处,这样,在闭合开关时,滑动变阻器就会分去较大电压,不至于电路中电流过大而烧坏电流表、小灯泡两端的电压过大而烧坏电压表、小灯泡的实际功率(电压×电流)过大而烧断灯丝。
由于小灯泡的额定电压大于3V,所以电压表应选E。因为小灯泡在正常工作时的电阻在10Ω左右,所以小灯泡正常工作时的电流约为0.38A(I=),小于0.6A,故电流表应选F。
注意:在选择电流表和电压表时,要考虑不使电表受损和尽量减少误差,保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,务必使指针有较大偏转(一般在满偏刻度的2/3左右),以减少测读的误差。
电源应选B。因为选A达不到小灯泡的额定电压;选C过大,需要一个最大阻值较大的滑动变阻器来分压,而滑动变阻器的最大阻值过大,则控制电流不平稳。
滑动变阻器选I,这样在开关闭合时,它可分去约2/3的电源电压,能够起很好的分压限流作用;选H时小灯泡的实际电压总是超过额定电压,小灯泡要烧坏;选J时滑片稍有移动,小灯泡的电流、电压就有很大变化,调节功能不佳。
例 在测定小灯泡电阻的实验中:
(1)电源电压要小灯泡的额定电压,串联一个滑动变阻器是为了。
(2)闭合开关前,滑动变阻器应滑到 位置,这样做的好处是。
(3)为了测定额定电压为3.8V的小灯泡的电阻,除了小灯泡、开关、导线外,还应在下面器材中选用()。
A.电源(3V) B.电源(9V)
C.电源(36V) D.电压表(0—3V)
E.电压表(0—15V) F.电流表(0—0.6A)
G.电流表(0—3A) H.“10Ω 2A”滑动变阻器
I.“30Ω 1A”滑动变阻器 J.“200Ω 0.6A”滑动变阻器
(4)根据上述器材,电压表量程应选 ,电流表量程应选 。
解析:在用“伏安法”测定小灯泡电阻的实验探究中,除了使小灯泡在额定电压下正常发光时测定电阻外,还要使小灯泡两端电压低于或高于(不超过额定电压的1.2倍)额定电压时测定其电阻,故电源电压一定要大于小灯泡的额定电压。
滑动变阻器与小灯泡串联,除了分压限流保护小灯泡外,还可以通过滑动滑片改变加在小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,以便进行多次测量。在闭合开关前,滑片应滑到最大阻值处,这样,在闭合开关时,滑动变阻器就会分去较大电压,不至于电路中电流过大而烧坏电流表、小灯泡两端的电压过大而烧坏电压表、小灯泡的实际功率(电压×电流)过大而烧断灯丝。
由于小灯泡的额定电压大于3V,所以电压表应选E。因为小灯泡在正常工作时的电阻在10Ω左右,所以小灯泡正常工作时的电流约为0.38A(I=),小于0.6A,故电流表应选F。
注意:在选择电流表和电压表时,要考虑不使电表受损和尽量减少误差,保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,务必使指针有较大偏转(一般在满偏刻度的2/3左右),以减少测读的误差。
电源应选B。因为选A达不到小灯泡的额定电压;选C过大,需要一个最大阻值较大的滑动变阻器来分压,而滑动变阻器的最大阻值过大,则控制电流不平稳。
滑动变阻器选I,这样在开关闭合时,它可分去约2/3的电源电压,能够起很好的分压限流作用;选H时小灯泡的实际电压总是超过额定电压,小灯泡要烧坏;选J时滑片稍有移动,小灯泡的电流、电压就有很大变化,调节功能不佳。