1.探究电流跟电压、电阻的关系
本实验采用控制变量法。
(1)探究电流跟电压的关系
本实验应控制电阻不变,研究对象是定值电阻这部分电路,而并非整个电路,因此电流表要测定值电阻中的电流,电压表要测定值电阻两端的电压。由于串联电路中各处电流相等,因此电流表只要串联在电路中,就可以测出定值电阻中电流,而电压表应并联在定值电阻两端,才能测量定值电阻两端的电压。通过调节滑动变阻器使定值电阻两端的电压成倍地变化,来获取电流随电压变化的数据,分析实验数据可得出结论:电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比。
(2)探究电流跟电阻的关系
本实验应控制电压不变,换用不同的电阻R,其阻值成倍数变化如5Ω、10Ω、15Ω等,通过调节滑动变阻器使阻值不同的定值电阻两端的电压保持不变,即电压表示数保持不变,得到几组不同的电流随电阻变化的数据,分析数据得出结论:电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。
本实验电流跟电压、电阻的关系图像如图2所示:
2.伏安法测电阻
实验原理:R=U/I
(1)测定值电阻的阻值
实验电路图如图1所示,滑动变阻器的作用是改变待测电阻两端的电压和通过它的电流,目的是为了多次测量求平均值减小实验误差。测出几组数据后,利用各组数据中的电压除以电流得到电阻,发现定值电阻在不同电压下工作时,虽然导体中的电流发生了变化,但导体的电阻是不变的,这样在测出电阻的同时,还会使学生深刻认识到,导体的电阻是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,当导体的材料、长度、横截面积不变时,导体的电阻不变。由于定值电阻是采用阻值受温度影响小的材料制作的,因此,当定值电阻两端的电压发生变化时,定值电阻的温度虽然改变了,但定值电阻的阻值因此而发生的变化却很小,可以忽略不计。
(2)测小灯泡的电阻
把图1中的定值电阻换成小灯泡就是伏安法测小灯泡电阻的电路图,实验中用滑动变阻器改变小灯泡两端的电压,多测几组电压和电流的数据,分别算出相应的电阻值,进行比较。结果发现小灯泡在不同电压下电阻值明显不相等,这并不是实验误差造成的,而是因小灯泡的灯丝是采用阻值受温度影响大的材料制成的,当小灯泡两端电压增大时,它的亮度增大,温度升高,电阻增大,所以在测小灯泡电阻时多次测量求平均值是毫无意义的。
本实验定值电阻和小灯泡的I?U关系图像如图3所示:
3.伏安法测小灯泡的电功率
实验原理:P=UI
把图1中的定值电阻换成小灯泡就是该实验的电路图,滑动变阻器的作用是改变小灯泡两端的电压,分别使小灯泡在等于、高于、低于额定电压下发光,测出三组电压和电流的数据,算出相应的电功率P,并观察每次小灯泡的发光亮度。结果发现小灯泡两端电压高于额定电压时,实际功率大于额定功率,灯泡强烈发光;小灯泡两端电压低于额定电压时,实际功率小于额定功率,灯泡发光较暗。实验表明,小灯泡的实际电功率随实际电压的升高而增大,随实际电压的降低而减小,因此本实验也不能根据三次测量数据求小灯泡电功率的平均值。
在上述三个实验中,电路连接好后闭合开关前,都应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大端,这样闭合开关后,才能使电路中的电流最小,从而使滑动变阻器对电路起保护作用。
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