届高考物理一轮复习讲义第八章 恒定电流实验九 描绘小灯泡的伏安特性曲线 含答案Word文档下载推荐.docx

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1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按如图所示的原理图连接好实验电路.

2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S.

3.移动滑动变阻器滑片位置，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.

4.拆除电路，整理仪器.

　数据处理与分析

◆　数据处理（画出伏安特性曲线）

1.在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立坐标系.

2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点.（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）

3.将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线.

◆　实验器材选取

1.原则：

①安全；

②精确；

③操作方便.

2.具体要求

（1）电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流.干电池中电流一般不允许超过0.6A.

（2）该用电器的实际最大电流不能大于用电器的额定电流.

（3）电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值.

（4）滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器.

◆　误差分析

1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差.

2.电流表、电压表的读数带来误差.

3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差.

◆　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.本实验要作出UI图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法.

3.为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于电路图中的a端.

4.IU图象在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.

5.电流表选择0.6A量程，电压表量程选择视小灯泡的额定电压而定.

（1）若使用“3.8V　0.3A”的小灯泡，选用电压表的15V量程.

（2）若使用“2.5V　0.6A”的小灯泡，则选用电压表的3V量程.

6.当小灯泡电压快接近额定电压值时，要缓慢地增加到额定电压值，记录I后马上断开开关.

7.误差较大的点要舍去，IU图象应是平滑曲线而非折线.

8.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.

板块二　考点细研·

悟法培优

考点1实验原理与器材的选取

例1　要测绘一个标有“3V　0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作.已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；

电键一个、导线若干.

（1）实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）.

A．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）

B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

（2）请将设计的实验电路图画入下面的方框中.

（3）实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.现将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，由此得到小灯泡消耗的功率是________W.

尝试解答　

（1）A__

（2）如图所示__（3）0.1.

（1）要测灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压需要由零开始，必须用滑动变阻器的分压式接法，而分压式接法，要求滑动变阻器的阻值较小，所以应选A.

（2）由于灯泡的阻值约R灯＝

＝15Ω，属于小电阻，要用电流表的外接，因此要用分压、外接.

（3）将灯泡接到电源上时，作出电源的IU图象如图所示，读得两图线的交点坐标U＝1.0V、I＝0.1A，即为此时灯泡两端的电压及通过灯泡的电流，则小灯泡消耗的功率P＝UI＝1.0V×

0.1A＝0.1W.

　[2017·

茂名一模]现要用伏安法描绘一只标值为“2.5V,0.6W”小灯泡的IU图线，有下列器材供选用：

A.电压表（0～3V，内阻3kΩ；

0～15V，内阻10kΩ）

B.电流表（0～0.6A，内阻0.5Ω；

0～3A，内阻0.1Ω）

C.滑动变阻器（10Ω，2A）

D.滑动变阻器（100Ω，1.0A）

E.蓄电池（电动势6V，内阻不计）

（1）为了减小测量误差，图甲中的S1应接________（填“M”或“N”），滑动变阻器应选用________（用序号字母表示）.

（2）根据你选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图.

答案　

（1）M　C　

（2）图见解析

解析　

（1）由电路图可知，电路采用了滑动变阻器分压接法；

因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法；

故S1应接在M点；

因采用分压接法，故滑动变阻器采用小电阻，应选用C.

（2）根据实验原理图画出实物图如图所示.

考点2数据处理与注意事项

例2　[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.

（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.（结果保留两位小数）

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.

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.

尝试解答　

（1）见下图__

（2）①1.40__0.23__②见下图__③非线性.

（1）题

（2）题

（1）实物图见尝试解答.

（2）①由题图知，电压表读数为1.40V，通过硅光电池的反向电流也等于通过电压表V1的电流，故I＝

＝

A≈0.23mA；

②先在坐标纸上描点，然后用平滑的曲线将其连接起来，图见尝试解答；

③因图线为曲线，故Ix与Ux成非线性关系.

河南郑州二模]在探究小灯泡的伏安特性曲线时，所用小灯泡上标有“2.5V,0.6W”字样，实验室提供的器材有：

A.电流表A1（内阻约为5Ω、量程为0～25mA）

B.电流表A2（内阻约为1Ω，量程为0～300mA）

C.电压表V1（内阻约为5kΩ、量程为0～3V）

D.电压表V2（内阻约为15kΩ、量程为0～15V）

E.滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω、额定电流为0.6A）

F.滑动变阻器R2（最大阻值为1000Ω、额定电流为0.2A）

G.稳压电源E（电动势为9.0V、内阻可忽略）

H.开关一个、定值电阻若干、导线若干

由以上信息回答下列问题：

（1）实验前设计的电路图如图甲所示.为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为________（选填器材前的字母）.为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为________（选填“1Ω”“10Ω”“30Ω”或“100Ω”）.

（2）请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后，在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来.

（3）连接好电路后，通过改变滑动变阻器的滑片位置，并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示.若将两个这样的小灯泡并联后直接接在电动势E＝3V、内电阻r＝5Ω的电源上，每个小灯泡所消耗的实际功率为________W.（结果保留两位有效数字）

答案　

（1）B、C、E　10Ω　

（2）如图所示

（3）0.22（0.21～0.23）

解析　

（1）小灯泡的额定电压为2.5V，电压表选C；

小灯泡的额定电流I＝

＝0.24A＝240mA，电流表选B；

滑动变阻器采用分压式，选最大阻值较小的E.为保护滑动变阻器和灯泡，又方便调节小灯泡两端电压在0～2.5V，保护电阻选阻值为10Ω的定值电阻.

（2）由题意可知小灯泡的阻值R≈10.4Ω，有R<

，电流表采用外接法，实物连接图见答案图.

（3）两灯泡并联在电源两端，设路端电压为U，通过每个灯泡的电流为I，则由闭合电路欧姆定律得U＝E－2Ir，在灯泡伏安特性曲线中作出U＝E－2Ir对应的UI图线，如图所示，则由图可知，此时灯泡两端电压约为1.2V，电流约为0.18A，则功率为P＝UI≈1.2×

0.18W≈0.22W.

考点3实验创新与改进

例3　发光二极管（LED）是一种节能、环保的元器件，被广泛应用到显示器、照明等各领域.某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4V”、正向直流电流是“5～20mA”的LED管的IU曲线，设计了如图1所示的实验电路.实验室备有以下器材：

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V：

量程0～5V，内阻约为10kΩ

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

（1）为了提高实验结果的准确性，电流表应选择______；

滑动变阻器应选用________.（以上填器材代号）

（2）实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图2所示的IU图象，而发光二极管（LED）的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图3所示.其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率Φ与供给发光二极管的电功率比值.则发光二极管效率达最大时其电阻RL＝________Ω，辐射的光功率Φ＝________W.

尝试解答　

（1）A1__R1__

（2）106.7__0.00576.

（1）因LED正向直流电流是5～20mA，所以电流表应选择A1，由题图1可知供电电路采用分压式接法，所以选择的滑动变阻器应是阻值较小的R1.

（2）由题图3可知发光二极管效率达到最大时电流为6mA，由题图2可知其对应的电压为1.6V，故此时其电功率为UI，热功率为I2RL，又有I2RL＝（1－η）UI，得出RL＝（1－η）

＝106.7Ω；

根据题意可知60%＝

×

100%，则辐射的光功率Φ＝0.00576W.

　太阳能是一种清洁、“绿色”能源.在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池.太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件.某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的IU特性.所用的器材包括：

太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干.

（1）为了达到上述目的，请将图甲连成一个完整的实验电路图.

（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的IU图象，由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________（填“很大”或“很小”）；

当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.

答案　

（1）图见解析　

（2）很大　1.0×

103（965～1040）

解析　

（1）实验电路如图所示.由乙图可知，电压、电流都从零开始变化，因此用分压式接法.

（2）太阳能电池的电阻：

R＝

Ω＝1.0×

103Ω（965～1040Ω均正确）.