1.探究電流跟電壓、電阻的關系
本實驗采用控制變量法。
。1)探究電流跟電壓的關系
本實驗應控制電阻不變,研究對象是定值電阻這部分電路,而并非整個電路,因此電流表要測定值電阻中的電流,電壓表要測定值電阻兩端的電壓。由于串聯電路中各處電流相等,因此電流表只要串聯在電路中,就可以測出定值電阻中電流,而電壓表應并聯在定值電阻兩端,才能測量定值電阻兩端的電壓。通過調節滑動變阻器使定值電阻兩端的電壓成倍地變化,來獲取電流隨電壓變化的數據,分析實驗數據可得出結論:電阻一定時,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比。
(2)探究電流跟電阻的關系
本實驗應控制電壓不變,換用不同的電阻R,其阻值成倍數變化如5Ω、10Ω、15Ω等,通過調節滑動變阻器使阻值不同的定值電阻兩端的電壓保持不變,即電壓表示數保持不變,得到幾組不同的電流隨電阻變化的數據,分析數據得出結論:電壓一定時,導體中的電流跟導體的電阻成反比。
本實驗電流跟電壓、電阻的關系圖像如圖2所示:
2.伏安法測電阻
實驗原理:R=U/I
。1)測定值電阻的阻值
實驗電路圖如圖1所示,滑動變阻器的作用是改變待測電阻兩端的電壓和通過它的電流,目的是為了多次測量求平均值減小實驗誤差。測出幾組數據后,利用各組數據中的電壓除以電流得到電阻,發現定值電阻在不同電壓下工作時,雖然導體中的電流發生了變化,但導體的電阻是不變的,這樣在測出電阻的同時,還會使學生深刻認識到,導體的電阻是導體本身的一種性質,與導體兩端的電壓和導體中的電流無關,當導體的材料、長度、橫截面積不變時,導體的電阻不變。由于定值電阻是采用阻值受溫度影響小的材料制作的,因此,當定值電阻兩端的電壓發生變化時,定值電阻的溫度雖然改變了,但定值電阻的阻值因此而發生的變化卻很小,可以忽略不計。
(2)測小燈泡的電阻
把圖1中的定值電阻換成小燈泡就是伏安法測小燈泡電阻的電路圖,實驗中用滑動變阻器改變小燈泡兩端的電壓,多測幾組電壓和電流的數據,分別算出相應的電阻值,進行比較。結果發現小燈泡在不同電壓下電阻值明顯不相等,這并不是實驗誤差造成的,而是因小燈泡的燈絲是采用阻值受溫度影響大的材料制成的,當小燈泡兩端電壓增大時,它的亮度增大,溫度升高,電阻增大,所以在測小燈泡電阻時多次測量求平均值是毫無意義的。
本實驗定值電阻和小燈泡的I?U關系圖像如圖3所示:
3.伏安法測小燈泡的電功率
實驗原理:P=UI
把圖1中的定值電阻換成小燈泡就是該實驗的電路圖,滑動變阻器的作用是改變小燈泡兩端的電壓,分別使小燈泡在等于、高于、低于額定電壓下發光,測出三組電壓和電流的數據,算出相應的電功率P,并觀察每次小燈泡的發光亮度。結果發現小燈泡兩端電壓高于額定電壓時,實際功率大于額定功率,燈泡強烈發光;小燈泡兩端電壓低于額定電壓時,實際功率小于額定功率,燈泡發光較暗。實驗表明,小燈泡的實際電功率隨實際電壓的升高而增大,隨實際電壓的降低而減小,因此本實驗也不能根據三次測量數據求小燈泡電功率的平均值。
在上述三個實驗中,電路連接好后閉合開關前,都應將滑動變阻器的滑片移到阻值最大端,這樣閉合開關后,才能使電路中的電流最小,從而使滑動變阻器對電路起保護作用。
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