高考物理实验专题特训8描绘小灯泡的伏安特性曲线Word格式文档下载.docx
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（5）连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，绝对不要画成折线。
六、误差分析
本实验所描绘的小灯泡的U一I特性曲线本身就包含了一定的定性特征，所以误差分析不是本实验的主要实验目的。
本实验的误差主要来源于测量电路存在系统误差，即未考虑电压表的分流，测得的电流值比真实值大；
其次还在着读数误差和作图时的描点误差．
考点一 实验原理与操作
[典例1] （2013·
江苏高考）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率。
实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。
（1）准备使用的实物电路如图实81所示。
请将滑动变阻器接入电路的正确位置。
（用笔画线代替导线）
图实81
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻。
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图实82所示。
请指出图像中不恰当的地方。
图实82
[答案]
（1）连线如图所示。
（2）10 （3）电池 （4）图线不应画为直线；
横坐标的标度不合适
[考点总结·
要点谨记]
1．滑动变阻器的分压式与限流式的接法[对应第
（1）题]
（1）两种接法的适用情形
①限流式接法适合测量阻值小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）。
②分压式接法适合测量阻值较大的电阻。
（2）两种接法的选择
①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或电压），则必须选用分压式接法。
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。
③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。
④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。
2.保护电阻的计算问题[对应第2题],电阻R1接在供电电路中，对电路起到保护作用，当滑动变阻器阻值最大时，保护测量电路中用电器及电表不被烧坏。
小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为3.3Ω，则12V－3V＝
4.描点作图时应注意的问题[对应第4题]
1根据数据描出的点，若不是在一条直线上，则应用平滑的曲线进行连接，不能用直线或折线连接。
2画出的图线分布范围尽量不要太靠近坐标轴一侧，通过修改两坐标的标度值即可。
考点二 数据处理与误差分析
[典例2] 物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清。
他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝
＝
V＝1.22V。
他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的UI图线，进而分析灯泡的额定电压。
A．电压表V（量程3V，内阻约3kΩ） B．电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）
C．电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）D．滑动变阻器R1（0～20Ω）
E．滑动变阻器R2（0～100Ω）F．电源E（电动势4.0V，内阻不计）
G．开关S和导线若干H．待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）
（1）在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________（填“A1”或“A2”）；
滑动变阻器选择________（填“R1”或“R2”）。
（2）在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图实86中作出灯泡的UI图线。
图实86
（3）由图像得出该灯泡的额定电压应为______V；
这一结果大于1.22V，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[答案]
（1）电路原理图如图甲所示 A2 R1
（2）如图乙所示
（3）2.5（2.4～2.6均可）
灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻（或灯泡电阻随温度升高而变大）
甲 乙
2．处理数据的方法和能力[对应第
（2）题]
（1）观察和分析表格中的数据；
（2）利用表格中的数据在坐标图纸上描点；
（3）用平滑的曲线连结描出的点；
（4）根据描绘的图线分析小灯泡的工作状态。
3．利用图像处理数据和分析实验结果[对应第（3）题]
（1）图像纵横坐标的乘积表示功率；
（2）结合小灯泡的实际工作过程分析实验结果。
考点三 实验的改进与创新
[典例3] （2013·
福建高考）硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。
某实验小组设计如图实810甲电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究其在无光照时的反向伏安特性。
图中电压表V1的量程选用3V，内阻为6.0kΩ；
电压表V2量程选用15V，内阻约为30kΩ；
R0为保护电阻；
直流电源电动势E约为12V，内阻不计。
（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。
图实810
（2）用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2。
①某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝________V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA（保留两位小数）。
②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix（表中“－”表示反向），并在坐标纸上建立IxUx坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。
请你标出余下的4个坐标点，并绘出IxUx图线。
8
9
U1/V
0.00
0.06
0.12
0.24
0.42
0.72
1.14
1.74
U2/V
0.0
1.0
2.1
3.1
4.2
5.4
6.7
8.1
9.7
Ux/V
－1.0
－2.0
－3.0
－4.0
－5.0
－6.0
－7.0
－8.0
Ix/mA
－0.01
－0.02
－0.04
－0.07
－0.12
－0.19
－0.29
图实811
③由IxUx图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成________（填“线性”或“非线性”）关系。
[答案]
（1）连接电路如图所示
（2）①1.40 0.23 ②描点绘出IxUx图线如图所示 ③非线性
1．实验原理的创新[对应题干部分]
（1）本实验描绘的不是小灯泡的伏安特性曲线，而是硅光电池不产生电能时，作为一个电子元件的伏安特性曲线。
（2）本实验描绘的是给硅光电池加反向电压时的反向伏安特性。
3.数据处理的创新[对应第2题①问],1电压表的读数方法。
2由于电压表V1的内阻已知，可通过I＝
4．描点、连线作图能力[对应第
（2）题②问]
5.读图、用图的能力[对应第2题③问]
根据图像分析：
若图线是直线，则Ix与Ux成线性关系；
若图线是曲线，则Ix与Ux成非线性关系。
本实验还可以从以下三个方面改进和创新：
1描绘二极管的伏安特性曲线；
2描绘太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线；
3测定小灯泡在不同电压下的电功率；
描绘小灯泡电功率P与两端电压的平方U2的曲线。
1．描绘小电珠伏安特性曲线的实验电路如图5所示，所用小电珠的额定电压是3.8V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是（ ）
图5
A．主要是由电压表的分流引起的
B．主要是由电流表的分压引起的
C．主要是由于忽略电源内阻引起的
D．主要是由读数时的估读引起的
【答案】A
【解析】由于小电珠的电阻比较小，所以采用电流表外接的方法．此时电压表的测量值是准确的，但是电流表的测量值和真实值相比要大，原因是电压表分流．
2．为探究小电珠L的伏安特性，连好如图6所示的电路后闭合开关S，通过移动变阻器的滑片，使小电珠中的电流由零开始逐渐增大，直到小电珠正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是图中的（ ）
图6
【答案】C
【解析】小电珠中的电流逐渐增大时其温度升高，导致电阻R增大，所以UI图线的斜率增大，故C项正确．
3．（2014·
武汉联考）在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：
电动势为6V的电源、额定电压为2.5V的小电珠，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线．要求能测出尽可能多组数据．图7是没有连接完整的实物电路（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）．
图7
（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；
（2）连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小电珠始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是___________________________
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