一轮复习实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线.docx

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一轮复习实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验八　描绘小灯泡的伏安特性曲线

考纲解读1.掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式.2.掌握伏安特性曲线的描绘方法.3.理解小电珠的伏安特性曲线为什么不是一条直线．

基本实验要求

1．实验原理

（1）测多组小灯泡的U、I，并绘出I－U图像；

（2）由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．

2．实验器材

小灯泡“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

3．实验步骤

（1）画出电路图（如实验原理图甲）．

（2）将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示的电路．

（3）测量与记录

移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．

（4）数据处理

①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．

②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．

③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．

4．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用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流．

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电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上．

⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法

要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器．

规律方法总结

1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

两种接法的电路图

负载R上电压的调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

负载R上电流的调节范围

≤I≤

0≤I≤

2.两种接法的适用条件

（1）限流式接法适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小）．

（2）分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的最大电阻要大）．

3．注意事项

（1）电路的连接方式：

①电流表应采用外接法：

因为小灯泡（3.8V,0.3A）的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大．

②滑动变阻器应采用分压式接法：

目的是使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化．

（2）闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压能从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．

（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．误差分析

（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，

由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．

（2）测量时读数带来误差．

（3）在坐标纸上描点、作图带来误差.

考点一　对实验原理和电路设计的考查

例1　（2013·天津理综·9（3））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实验的电路图应选用下列的图________（填字母代号）．

③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图1所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.

图1

解析　①测绘小灯泡的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A.

②因为小灯泡两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法．灯泡的电阻R＝＝15Ω，额定电流I＝＝0.2A，由R＝15Ω＜＝Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B.

③在灯泡的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个灯泡供电时的电压和电流，此时P灯＝IU＝0.1×1W＝0.1W.

答案　①A　②B　③0.1

考点二　对实验数据处理与分析的考查

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U－I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2中作出灯泡的U－I图线．

图2

（3）由图像得出该灯泡的额定电压应为________V；这一结果大于1.23V，其原因是________________________________________________________________________．

解析　

（1）根据P＝I2R，估算出灯泡的电流大约是600mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U－I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻较小，电流表应外接；

（2）如图所示

（3）由P＝UI＝0.75W，再结合图像可知U额＝2.5V；大于1.23V的原因是灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻．

答案　

（1）电路原理图如图所示　A2　R1

（2）见解析图　（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）

创新实验设计

描绘小电珠伏安特性曲线实验原理的迁移应用

例3　二极管是一种半导体元件，电路符号为，其特点是具有单向导电性．某实验小组要对一只二极管正向接入电路时的伏安特性曲线进行测绘探究．据了解，该二极管允许通过的最大电流为50mA.

（1）该二极管外壳的标识模糊了，同学们首先用多用电表的电阻挡来判断它的正负极：

当将红表笔接触二极管的左端、黑表笔接触二极管的右端时，发现指针的偏角比较小，当交换表笔再次测量时，发现指针有很大偏转，由此可判断____（填“左”或“右”）端为二极管的正极．

（2）实验探究中他们可选器材如下：

A．直流电源（电动势3V，内阻不计）

B．滑动变阻器（0～20Ω）

C．电压表（量程15V、内阻约80kΩ）

D．电压表（量程3V、内阻约30kΩ）

E．电流表（量程0.6A、内阻约1Ω）

F．电流表（量程50mA、内阻约50Ω）

G．待测二极管

H．导线、开关

为了提高测量精度，电压表应选用________，电流表应选用________．（填序号字母）

（3）实验中测得的数据如下表，请在图3坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线.

电流

I/mA

0

0

0.2

1.8

3.9

8.6

14.0

21.8

33.5

50.0

电压

U/V

0

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

图3

（4）同学们将该二极管与阻值为100Ω的定值电阻串联后接到输出电压恒为3V的电源两端，则二极管导通时定值电阻的功率为________W.

解析　

（1）调到欧姆挡时，在多用电表的内部，电源的正极是接在黑表笔上，负极是接在红表笔上；

（2）电源电压只有3V，所以电压表选D；二极管允许通过的最大电流为50mA，所以电流表选F.

（4）在图中画出阻值为100Ω的定值电阻的伏安特性图像，从图中找出两图像电流相同且电压之和等于3V时的电流值大约是13mA，则R的功率P＝I2R≈0.017W.

答案　

（1）左　

（2）D　F　（3）伏安特性曲线如图所示

（4）0.017（在0.015～0.019范围内均可）

36．电学实验电路设计的思路与方法

1．首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或要求设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：

安全、方便、经济．

2．在测量电路中，一般有电流表内接和外接两种方式，对于给定电表内阻的情况，应先比较R0与待测电阻Rx的关系，其中R0＝，若Rx>R0，则设计为内接；若Rx

3．控制电路分滑动变阻器的分压式和限流式两种接法，两种接法的选择方法如下：

（1）若采用限流式接法不能控制电流（或电压）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的最大电阻大得多，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）若实验中要求测量电路中电压从零开始变化，则必须采用分压式接法．

（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．

例4　二极管是电子线路中常用的电子元件．它的电路符号如图4甲所示，正常使用时，“＋”极一端接高电势，“－”极一端接低电势．要描绘某二极管在0～8V间的伏安特性曲线，另提供有下列的实验器材：

电源E（电动势为8V，内阻不计）：

多用电表电压挡有五个量程，分别为2.5V、10V、50V、250V、500V，可视为理想电压表；开关一个；滑动变阻器一个；表一块；导线若干．

图4

　图5　　　　　　　　图6

（1）在图4的方框内画出测定二极管伏安特性曲线的电路原理图，多用电表在电路图中用表示，并注明多用电表电压挡所选量程．

（2）利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管两端的电压时，电流从________（选填“红”或“黑”）表笔流入电表．

（3）某同学通过实验得出了图5所示的伏安特性曲线图．接着，他又用该二极管、电源E和另一只固定电阻R等组成图6所示的电路，当闭合开关后，