描绘小灯泡的伏安特性曲线学案与练习汇总.docx

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描绘小灯泡的伏安特性曲线学案与练习汇总

描绘小灯泡的伏安特性曲线学案

学习目标

1．描绘小灯泡的伏安特性曲线．

2．分析伏安特性曲线的变化规律．

实验原理

1．用________测出流过小灯泡的电流，用________测出小灯泡两端的电压，测出多组（U，I）值，在U－I坐标系中描出各对应点，用________的曲线将这些点连接起来．

图1

2．电路的选择：

本实验用伏安法测量在不同电压下灯丝的电流和电压，描绘出伏安特性曲线．由于使用的小灯泡是“3.8V，0.3A”的，正常发光时灯丝电阻约为13Ω，阻值较小，因此应该用电流表________电路；由于要测小灯泡在不同电压下的电流、电压，电压取值范围要尽量大，因此滑动变阻器应该用________接法电路．电路图如图1所示．

实验器材

学生电源（4～6V直流）、小灯泡“4V，0.7A”或“3.8V，0.3A”、电流表（内阻较小）、电压表（内阻很大）、开关和导线、____________、坐标纸、铅笔．

实验步骤

1．确定电流表、电压表的量程，照图1连好电路．（注意开关应______，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为____）

2．闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I的值．

3．用同样的方法测量并记录约12组U值和I值．

4．断开开关S，整理好器材．

5．在坐标纸上，以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系，并根据表中数据描点，连接各点得到I－U图线．（注意：

连接各点时，不要出现折线）

数据处理

根据测量的数据把电压表和电流表的各组数据填入下表中，然后作出I－U图线.

次数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

电压U/V

电流I/A

实验结论

描绘出的图线是一条______．它的斜率随电压的增大而______，这表明小灯泡的电阻随电压（温度）升高而______．灯丝的电阻率随温度的升高而增大．灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随小灯泡两端电压的升高而明显增大，其I－U图线不再是过原点的直线．

注意事项

1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

2．滑动变阻器应采用分压式接法：

目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．

3．I－U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差．

4．建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸．

误差分析

1．测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值大．

2．描绘I－U图线时作图不准确造成的偶然误差．

3．测量时读数不准确和在坐标纸上描点不准确引起的误差．

题型一　实验仪器及电路的选择

【例1】（2010·海淀模拟）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：

器材

规格

器材

规格

小灯泡

标有“3.8V，

0.3A”字样

滑动变阻器R1

最大阻值10Ω，额定电流1.0A

电压表V

量程0～5V，内阻约5kΩ

滑动变阻器R2

最大阻值1kΩ，额定电流0.5A

电流表A1

量程0～100mA，内阻约4Ω

直流电源E

电动势约为6V，内阻约为0.5Ω

电流表A2

量程0～500mA，内阻约0.4Ω

导线、电键等

（1）在上述器材中，滑动变阻器应选________，电流表应选________．

（2）在图2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．

图2

图3

（3）利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出了如图3所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是（图中P为小灯泡功率）（　　）

[规范思维]

　题型二　伏安特性曲线的描绘及实验结果的应用

【例2】影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．

（1）他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验．（　　）

（2）①由

（1）实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据请在图4中作出元件Z的I－U图线.

U/V

0

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.50

1.60

I/A

0

0.20

0.45

0.80

1.25

1.80

2.80

3.20

图4

②根据Z的I－U图线可判断元件Z是金属材料还是半导体材料？

图5

③把元件Z和电阻R接入如图5所示的电路中，由实验测得电阻R的I－U图线如图4所示．已知电源的电动势E＝1.5V，内阻不计．闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为________W.

[规范思维]

[针对训练]　（2011·广东·34

（2））在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：

小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．

①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡（请填写“×1”、“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图6，结果为________Ω.

图6

②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图7完成实物图8中的连线．

图7

图8

③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端，为使小电珠亮度增加，P应由中点向______________端滑动．

④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据（请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”）.

数据点

a

b

c

d

e

f

U/V

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

I/A

0.000

0.122

0.156

0.185

0.216

0.244

图9

1．（2009·天津理综·3）为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图9所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是（　　）

2．（2009·浙江高考·22Ⅰ）如图10所示，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接．

图10

3．（2011·天津塘沽区模拟）表格中所列数据是测量小灯泡U－I关系的实验数据：

U（V）

0.0

0.2

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

I（A）

0.000

0.050

0.100

0.150

0.180

0.195

0.205

0.215

（1）分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图11中的________（选填“甲”或“乙”）；

图11

（2）在如图12所示的方格纸内画出小灯泡的U－I曲线．分析曲线可知小灯泡的电阻值随I变大而________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；

图12

图13

（3）如图13所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上．已知流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流约为________A.

4．（2009·福建理综·19

（2））某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．图14为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：

器材（代号）

规格

电流表（A1）

量程0～50mA，内阻约为50Ω

电流表（A2）

量程0～200mA，内阻约为10Ω

电压表（V1）

量程0～3V，内阻约为10kΩ

电压表（V2）

量程0～15V，内阻约为25kΩ

滑动变阻器（R1）

阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A

滑动变阻器（R2）

阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA

直流电源（E）

输出电压6V，内阻不计

开关（S）、导线若干

图14

（1）为提高实验结果的准确程度，电流表应选用______；电压表应选用________；滑动变阻器应选用__________．（以上均填器材代号）

（2）为达到上述目的，请在虚线框图15中画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号．

图15

（3）若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？

相同点：

________________________________________________________________________.

不同点：

________________________________________________________________________.

5．（2011·梅州模拟）小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线．实验可供选择的器材有：

A．小灯泡（规格为“2.5V，1.2W”）

B．电流表A（量程为0～0.6A，内阻为1Ω）

C．电压表V（量程为0～3V，内阻未知）

D．滑动变阻器（0～10Ω，额定电流为1A）

E．滑动变阻器（0～5Ω，额定电流为0.5A）

F．电源（E＝3V，内阻不计）

G．定值电阻R0（阻值R0＝6Ω）

H．开关一个和导线若干

（1）要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量消除系统误差，在方框内画出实验电路图．

（2）实验中，应该选用的滑动变阻器是______（填写器材前字母代号）．

图16

（3）按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：

（I是电流表A的示数，U是电压表V的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压）．请通过计算补全表格中的空格，然后在图16中画出小灯泡的伏安特性曲线．

I/A

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.48

U/V

0.08

0.15

0.25

0.40

0.60

0.90

1.30

1.85

2.50

3.00

U灯/V

（4）该同学将与本实验中一样的两个小灯泡以及给定的定值电阻R0三者一起串联接在本实验中提供的电源两端，则每个灯泡的实际功率是________W.

6．（2011·济南市高三模拟）某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线．他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：

U/V

0.00

0.20

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

I/A

0.00

0.10

0.20

0.30

0.36

0.38

0.40

现备有下列器材：

A．低压直流电源：

电压6V，内阻不计

B．电流表：

量程为0～0.6A～3A，0.6A内阻约为10Ω，3A内阻约为2Ω

C．电压表：

量程为0～3V～15V，3V内阻约为7.2kΩ，15V内阻约为36kΩ

D．滑动变阻器：

阻值为0～10Ω，额定电流为3A

E．电键K，导线若干

（1）按提供的器材，在实物图17（a）上连接正确的实验电路，要求测量误差尽可能小．

图17

（2）利用这些数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图17（b）所示，分析曲线说明通过电器元件Z的电流随电压变化的特点．

（3）若把电器元件Z接入如图17（c）所示的电路中时，通过Z的电流为0.10A，已知A、B两端电压恒为1.5V，则此时灯泡L的功率为________W.

实验学案36　描绘小灯泡的伏安特性曲线

【基础自主落实】

实验原理

1．电流表　电压表　一条平滑

2．外接法　分压式

实验器材

滑动变阻器

实验步骤

1．断开　零

实验结论

曲线　减小　增大

【热点题型精析】

例1

（1）R1　A2　

（2）见解析图　（3）BD

解析　

（1）为方便电路调节，滑动变阻器应选择R1；小灯泡正常工作时I额＝0.3A＝300mA>100mA，故电流表应选A2.

（2）因为要求小灯泡

上的电压从0开始增大，滑动变阻器应选用分压式接法；而小灯泡正常工作时R灯＝

＝

Ω≈13Ω

RV＝5kΩ，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示．

（3）在I－U图象中，图线斜率逐渐减小，小灯泡的R逐渐增大；由P＝

知在P－U2图象中，图线的斜率

应逐渐减小，故B正确；由P＝I2R在P－I2图象中图线的斜率R应逐渐增大，故D正确．

[规范思维]　

（1）电路选择要根据具体的情况来进行确定．

（2）实验原理是确定电路的首要条件．（3）各个用电器的作用要明确，选择电路要根据需要来进行选择．

例2

（1）A　

（2）①见解析图　②半导体材料

③0.64（0.60～0.68）

解析　

（1）由测量的数据及题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法．因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图．

（2）①描点画出元件Z的I－U图线如下图曲线所示．②由I－U图线可知，Z是半导体材料．③当电流强度为0.80A时，元件Z两端的电压为0.80V，定值电阻R上的电压为0.70V，此时元件Z上消耗的电功率为0.64W.

[规范思维]　

（1）在描绘伏安特性曲线时应连成平滑的曲线，而不能是折线．如果这些点大致在一条直线上，则应描成一条直线，让不在直线上的点均匀分布在直线两侧．

（2）从I－U图线判断元件的电阻变化，进而判断材料性质．

[针对训练]

①×1　7.5　②如解析图所示

③a　b　④ab

解析　①小电珠（2.5V，0.6W）对应电阻为R＝

Ω＝10.4Ω，所以选“×1”挡．

②电流表的电阻也就几欧，与电压表几千欧相比，小电珠的电阻算小电阻，所以电流表必须外接，伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大，所以滑动变阻器必须采用分压接法．

③从a端开始，电压为零，向b端移动，对小电珠所加电压逐渐变大．

④ab之间电流增加了0.122A，其他各段电流增加了0.03A左右．所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值．

【课时效果检测】

1．C　[小灯泡中的电流逐渐增大时灯丝的温度升高，其电阻率增大，导致电阻R增大．只有C选项对．]

2．见解析

解析　滑动变阻器应采用分压式接法，如图所示

3．

（1）甲　

（2）U－I曲线见解析　变大　（3）0.21

解析　

（1）从表中数据可看出，小灯泡两端电压可以从零开始调节，这说明滑动变阻器应选用分压式接法，故应选用甲图．

（2）在方格纸上根据U－I数据描点、连线，其U－I图象如下图所示．随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大．

（3）因流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流是流过灯泡L2电流的3倍，而灯泡L1、L2两端的电压之和为3V，在

（2）描出的U－I图象中，找出一个电流I对应的电压U1，再找出3I对应的电压U2，直到U1＋U2＝3V为止．

最后得出结果，流过灯泡L1的电流约为0.21A.

4．

（1）A2　V1　R1　

（2）电路图如下图所示

（3）伏安特性曲线都是非线性的．　小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值减小

解析　

（1）从图中所给的伏安特性曲线看出，最大电流不超过0.14A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1＝

＝

A＝0.4A<1A，而R2的阻值太大，所以选择R1.

（2）待测元件的电阻满足RA

5．

（1）见解析　

（2）D　（3）见解析图　（4）0.18

解析　

（1）要使小灯泡两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，为测量更准确，应采用电流表内接法，实验电路图如下图所示．

（2）由于采用分压式接法，若选E，则滑动变阻器的电流I＝

＝

A＝0.6A>0.5A，故滑动变阻器应选用D.

（3）由第

（1）问中所画电路图分析可得：

U灯＝U－IRA，则可根据表中数据求出U灯，并画出U灯－I图线如下图所示.

I/A

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.48

U/V

0.08

0.15

0.25

0.40

0.60

0.90

1.30

1.85

2.50

3.00

U灯/V

0.03

0.05

0.10

0.20

0.35

0.60

0.95

1.45

2.05

2.52

（4）在同一坐标系中作出2U灯＋IR0＝E的图线，根据此图线与灯泡的U灯－I图线的交点可得此时灯泡的电压U灯＝0.6V，电流I＝0.3A．所以，灯泡的实际功率为P＝U灯I＝0.6V×0.3A＝0.18W.

6．

（1）如下图所示　

（2）电流随电压的增大非线性增大　（3）0.13