明明同学在学习了欧姆定律后,参加了测小灯泡的电阻的实验活动。在实验前明明心想: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没有关系。那么小灯泡在使用的过程中它的电阻会不会变化呢?
提出问题:小灯泡的电阻会随电压的变化而变化吗?
猜想假设:灯泡是利用电流的热效应原理工作的,当加在灯泡两端的电压不同时,其单位时间放出的热量也不同,导致灯泡的灯丝在不同电压下的温度也不同。由于导体的电阻还跟温度有关,因此在不同电压下小灯泡的电阻值可能不相等。
设计实验:
1.实验方法:用电压表、电流表测电阻(即伏安法测电阻)
2.实验原理公式: R=
3.实验器材:学生电源、小灯泡(2.5V)、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、导线若干。
4.电路图:如图所示进行实验:
(1)按电路图1连接电路,连接电路时开关应该处于断开状态,滑动变阻器的滑片应放在最大电阻值的位置。电压表和电流表的正、负接线柱要连接正确。
(2)检查电路连接无误后,闭合开关;调节滑动变阻器的滑片,改变小灯泡两端的电压,使电压表的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V,同时观察电流表的示数和灯泡的亮度;将五组电压值和电流值以及灯泡亮度的对应值填入实验表格中。
(3)根据五组测量数据,计算出不同电压下小灯泡的电阻值。
(4)断开开关,整理实验器材。
实验数据如下表:
实验次序 | U/V | I/A | 灯泡的亮度 | R= |
(1) | 0.5 | 0.18 | 不亮 | 2.8 |
(2) | 1.0 | 0.22 | 微亮 | 4.5 |
(3) | 1.5 | 0.26 | 暗 | 5.8 |
(4) | 2.0 | 0.30 | 较暗 | 6.7 |
(5) | 2.5 | 0.32 | 正常发光 | 7.8 |
评估交流:灯泡两端电压的变化使小灯泡亮度发生了变化,也使灯泡温度发生了变化,同时对小灯泡的电阻产生了影响。
整理和分析实验数据,可以总结出在不同电压下小灯泡的发光情况和电阻的特点。
(1)当小灯泡两端的电压越大,灯泡发光越亮;
(2)当小灯泡两端的电压越大,灯泡的电阻值越大。
(3)小灯泡发光越亮,灯泡的温度越高。
结论:加在小灯泡两端的电压越大,灯泡的电阻也就越大,这是由于灯泡灯丝电阻值随温度升高而增大所导致的。由此可知,金属导体的电阻随温度的升高而增大。
那么小灯泡的电阻能不能用求平均值的方法进行计算呢?显然这是不合适的。因为灯丝在不同电压下温度相差较大,灯丝的电阻受温度的影响不能忽略,所以实验测得的电阻是由于灯丝在不同温度下的电阻,实验误差不是主要原因,因此不能取平均值作为小灯泡的电阻。而对于所测得的电阻,也要说明在什么条件下小灯泡的电阻是多少才更为确切。
实验拓展:生活中我们常见到这样的现象,在开灯的一瞬间白炽灯往往会“闪”。这是因为灯丝的电阻和温度有关系。长时间不开灯,灯丝的温度低电阻很小,突然开灯时,由于灯丝的电阻小,通过的电流就会很大,就把灯丝烧断了。
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