實(shí)驗(yàn)九　描繪小電珠的伏安特性曲線

實(shí)驗(yàn)九描繪小電珠的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)解讀·核心突破分類研析·拓展提升實(shí)驗(yàn)解讀·核心突破●注意事項(xiàng)1.電路的連接方式(1)電流表外接:被測(cè)小電珠燈絲的電阻值較小,因此測(cè)量電路宜采用電流表外接法.(2)滑動(dòng)變阻器采用分壓式連接:實(shí)驗(yàn)結(jié)果中作出的I-U圖象,一般通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),即要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值,故控制電路采用分壓接法.2.保護(hù)元件安全:為保護(hù)元件不被燒毀,開(kāi)關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于使小電珠在接通電路時(shí)的電壓為零的一端.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小電珠兩端的電壓不要超過(guò)其額定電壓.3.I-U圖象在U0=1.0V左右將發(fā)生明顯彎曲,故在U0=1.0V左右多測(cè)幾組數(shù)據(jù),以防出現(xiàn)較大誤差.4.通過(guò)描出的點(diǎn)擬合圖線時(shí),偏離較大的點(diǎn)要舍去,I-U圖象應(yīng)是平滑的曲線.●誤差分析1.由于電壓表不是理想電表,內(nèi)阻并非無(wú)窮大,對(duì)電路的影響會(huì)帶來(lái)誤差,電流表外接,由于電壓表的分流,使測(cè)得的電流值大于真實(shí)值.2.測(cè)量時(shí)讀數(shù)帶來(lái)誤差.3.在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來(lái)誤差常規(guī)實(shí)驗(yàn)類型一[例1](2019·廣東深圳調(diào)考)LED燈的核心部件是發(fā)光二極管.某同學(xué)欲測(cè)量一只工作電壓為2.9V的發(fā)光二極管的正向伏安特性曲線,所用器材有:電壓表(量程3V,內(nèi)阻約3kΩ),電流表(用多用電表的直流25mA擋替代,內(nèi)阻約為5Ω),滑動(dòng)變阻器(0～20Ω),電池組(內(nèi)阻不計(jì)),開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干.他設(shè)計(jì)的電路如圖(a)所示.回答下列問(wèn)題:

分類研析·拓展提升(1)根據(jù)圖(a),在實(shí)物圖(b)上完成連線;解析:(1)根據(jù)多用電表表筆“紅進(jìn)黑出”的接法可知,黑表筆接二極管,紅表筆接滑動(dòng)變阻器,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,則連線如圖所示;答案:(1)連線見(jiàn)解析(2)調(diào)節(jié)變阻器的滑片至最

端(選填“左”或“右”),將多用電表選擇開(kāi)關(guān)拔至直流25mA擋,閉合開(kāi)關(guān);

(3)某次測(cè)量中,多用電表示數(shù)如圖(c),則通過(guò)二極管的電流為

mA;

解析:(2)為保護(hù)電路,開(kāi)關(guān)閉合前需將滑動(dòng)變阻器的滑片置于最左端;答案:(2)左(3)16.5(4)該同學(xué)得到的正向伏安特性曲線如圖(d)所示.由曲線可知,隨著兩端電壓增加,二極管的正向電阻

(選填“增大”“減小”或“不變”);當(dāng)兩端電壓為2.9V時(shí),正向電阻為

kΩ(結(jié)果取兩位有效數(shù)字);

答案:(4)減小0.15(5)若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),將變阻器滑片從一端移到另一端,二極管亮度幾乎不變,電壓表示數(shù)在2.7～2.9V之間變化,試簡(jiǎn)要描述一種可能的電路故障:

.

解析:(5)由于二極管的正向電阻約為0.15kΩ,遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大阻值,因此若實(shí)驗(yàn)中,將變阻器滑片從一端移到另一端,二極管亮度幾乎不變,電壓表示數(shù)在2.7～2.9V之間變化,則有可能是滑動(dòng)變阻器與二極管串聯(lián),導(dǎo)致電路中總電阻較大,總電流較小,所以電壓表的示數(shù)變化較小,故障可能是連接電源負(fù)極與變阻器的導(dǎo)線斷路.答案:(5)連接電源負(fù)極與變阻器的導(dǎo)線斷路[例2]

某同學(xué)進(jìn)行“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)器材有:電壓表V:量程為3V,內(nèi)阻為3kΩ電流表A:量程為0.6A,內(nèi)阻約為2Ω定值電阻R0:阻值為1kΩ小燈泡L:額定電壓為3.8V滑動(dòng)變阻器R:阻值范圍為0～10Ω電池:電動(dòng)勢(shì)E為6V開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干(1)該同學(xué)按如圖(甲)所示的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)電壓表示數(shù)為1.20V時(shí),小燈泡兩端的電壓為

V(保留三位有效數(shù)字).

答案:(1)1.60

(2)通過(guò)正確實(shí)驗(yàn)操作和讀數(shù),得到了幾組電壓表的示數(shù)和電流表的示數(shù),部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示:電流/A0.0850.1550.2120.2350.2780.315電壓/V0.170.601.201.502.102.70在圖(乙)中畫出小燈泡的伏安特性曲線.答案:(2)見(jiàn)解析圖1(3)若把這個(gè)小燈泡串聯(lián)一阻值為9Ω的電阻,然后接入電動(dòng)勢(shì)為3V、內(nèi)阻為1.0Ω的干電池,連接成閉合電路,此時(shí)小燈泡的電阻為

Ω,實(shí)際功率為

W(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字).

答案:(3)6.5

0.211.(2019·蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研)小明同學(xué)想研究一段鉛筆芯的伏安特性,并設(shè)想加在鉛筆芯兩端的電壓從0開(kāi)始逐漸增大,他連接了如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)電路.小亮同學(xué)認(rèn)為小明的電路并不完善,他在該電路上增加了一條導(dǎo)線,得到了小明的認(rèn)同.題組訓(xùn)練(1)請(qǐng)你用筆畫線在圖(甲)中加上這條導(dǎo)線.解析:(1)要達(dá)到使加在鉛筆芯兩端的電壓從0開(kāi)始逐漸增大,滑動(dòng)變阻器應(yīng)為分壓式連接,則完善電路如圖1所示(只需增加導(dǎo)線1或2).答案:(1)見(jiàn)解析圖1解析:(2)完善后的電路在閉合開(kāi)關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于其最左端.答案:(2)最左端(2)對(duì)小亮完善后的電路,在閉合開(kāi)關(guān)前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)先置于

(選填“最左端”或“最右端”).

(3)閉合開(kāi)關(guān)后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,記錄電壓表和電流表的示數(shù)如表所示:電流I/A00.080.160.240.320.400.48電壓U/V00.631.221.681.972.232.44請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在圖(乙)坐標(biāo)系中作出鉛筆芯的伏安特性曲線.解析:(3)將各組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)平面中描點(diǎn),并通過(guò)這些點(diǎn)作平滑曲線,即為鉛筆芯的伏安特性曲線如圖2所示.答案:(3)見(jiàn)解析圖2(4)由(3)中圖線可知:隨著溫度的升高,鉛筆芯的電阻率

(選填“增大”“減小”或“不變”).

答案:(4)減小2.(2019·四川瀘縣一中期末)某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了描繪小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn),待測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8V.要求測(cè)量結(jié)果盡量精確,并繪制出小燈泡兩端電壓在0～3.8V范圍內(nèi)完整的伏安特性曲線.解析:(1)由于實(shí)驗(yàn)是測(cè)量小燈泡的伏安特性曲線,電壓需要從0開(kāi)始測(cè)量,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)為分壓式接法,則應(yīng)選用(甲)圖所示電路.答案:(1)(甲)(1)若實(shí)驗(yàn)室的電壓表、電流表和滑動(dòng)變阻器都滿足實(shí)驗(yàn)要求,則在如圖所示的兩種實(shí)驗(yàn)方案中,應(yīng)選擇

[選填“(甲)”或“(乙)”]圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

(2)若實(shí)驗(yàn)中只提供了量程為3V,內(nèi)阻為3000Ω的電壓表V1,為了繪制完整的伏安特性曲線,需要將電壓表V1改裝成量程為4V的電壓表V2,則應(yīng)將電壓表V1

(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個(gè)阻值為

Ω的定值電阻,才能實(shí)現(xiàn)改裝的要求.

答案:(2)串聯(lián)1000(3)小組的同學(xué)們正確描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖所示,根據(jù)這個(gè)特性曲線,同學(xué)們對(duì)小燈泡的實(shí)際功率與其兩端的電壓的關(guān)系,或與通過(guò)其電流的關(guān)系,猜想出了如圖所示的關(guān)系圖象,其中可能正確的是

.(選填選項(xiàng)下面的字母序號(hào))

答案:(3)AB

(4)某同學(xué)將該小燈泡與一個(gè)阻值為4.0Ω的定值電阻串聯(lián)后,接在一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為3.0V、內(nèi)阻為1.0Ω的電源上,組成一個(gè)閉合電路,則此時(shí)該小燈泡實(shí)際功率約為

W.(保留2位有效數(shù)字)

解析:(4)對(duì)電源有U=E-Ir=3.0-5.0I,即I=0.6-0.2U,在燈泡的伏安特性曲線上作電源的I-U圖線,如圖所示,其與燈泡的伏安特性曲線的交點(diǎn)即為燈泡的兩端電壓和電流,得U=2.2V,I=0.156A,故小燈泡的實(shí)際電功率為P=0.34W.答案:(4)0.34創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)類型二答案:(1)見(jiàn)解析(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示.由實(shí)驗(yàn)曲線可知,隨著電流的增加小燈泡的電阻

(填“增大”“不變”或“減小”),燈絲的電阻率

(填“增大”“不變”或“減小”).

答案:(2)增大增大(3)用另一電源E0(電動(dòng)勢(shì)4V,內(nèi)阻1.00Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路圖,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值,可以改變小燈泡的實(shí)際功率.閉合開(kāi)關(guān)S,在R的變化范圍內(nèi),小燈泡的最小功率為

W,最大功率為

W.(結(jié)果均保留2位小數(shù))

答案:(3)0.39

1.17解析:3)當(dāng)R=9.0Ω時(shí),小燈泡的實(shí)際功率最小,由閉合電路歐姆定律有E0=I(R+r)+U,即4=10I+U,在圖中作出該直線如圖(甲)所示,交點(diǎn)坐標(biāo)約為I=223mA,U=1.77V時(shí)最小功率Pmin=UI=0.39W;當(dāng)R=0時(shí),小燈泡的實(shí)際功率最大,有E=Ir+U,即4=I+U,在圖中作出該直線如圖(乙)所示,交點(diǎn)坐標(biāo)約為I=318mA,U=3.69V,小燈泡的最大功率Pmax=UI=1.17W.[例4]

(2019·北京朝陽(yáng)區(qū)二模)某學(xué)習(xí)小組探究電學(xué)元件的伏安特性曲線.(1)甲同學(xué)要描繪一個(gè)標(biāo)有“3.6V,1.2W”的小燈泡的伏安特性曲線,要求加在燈泡兩端的電壓在0～3.6V之間調(diào)節(jié).除了導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外,還有下列器材可供選擇:電壓表V(量程5V,內(nèi)阻約為5kΩ)直流電源E(電動(dòng)勢(shì)4.5V,內(nèi)阻不計(jì))電流表A1(量程350mA,內(nèi)阻約為1Ω)電流表A2(量程150mA,內(nèi)阻約為2Ω)滑動(dòng)變阻器R1(阻值0～200Ω)滑動(dòng)變阻器R2(阻值0～10Ω)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選

,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選

;(填寫器材代號(hào))

以下的四個(gè)電路中應(yīng)選用

進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

答案:(1)A1R2A(2)乙同學(xué)利用甲同學(xué)的電路分別描繪了三個(gè)電學(xué)元件的伏安特性曲線,如圖1所示.然后他用圖2的電路給三個(gè)元件分別供電,并將元件1和元件2供電時(shí)的各自一組電流和電壓值分別標(biāo)在圖上的A點(diǎn)和B點(diǎn).已知R0=9.0Ω,則該電源的電動(dòng)勢(shì)E=

V,內(nèi)電阻r=

Ω.這個(gè)電源給元件3供電時(shí),元件3的電功率P=

W.

解析:(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律,測(cè)量元件1時(shí)有E=IARA+IAr+IAR0,而IA=0.08A,UA=2.2V,則RA=27.5Ω,測(cè)量元件2時(shí)有E=IBRB+IBr+IBR0,據(jù)圖可知IB=0.15A,UB=1.5V,則RB=10Ω,代入數(shù)據(jù)后可求電源電動(dòng)勢(shì)E=3.0V,電源內(nèi)阻r=1.0Ω.在題圖1中,過(guò)A,B兩點(diǎn)畫一直線交于坐標(biāo)軸,如圖所示,該直線與1,2,3元件的圖象交點(diǎn)正是這幾個(gè)元件接在該電源上的實(shí)際工作狀態(tài),可以看出元件3的實(shí)際工作狀態(tài)點(diǎn)約為(1.0,0.2),所以元件3的功率為P=UI=0.2W.答案:(2)3.0

1.0

0.21.(2019·天津河西區(qū)二模)要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“2.5V

2W”小燈泡的伏安特性曲線.己選用的器材有:直流電源(3V,內(nèi)阻不計(jì))電流表A1(量程為0.6A,內(nèi)阻為0.6Ω)電流表A2(量程為300mA.內(nèi)阻未知)電壓表V(量程0～3V,內(nèi)阻約3kΩ)滑動(dòng)變阻器R(0～5Ω,允許最大電流3A)開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干.其實(shí)驗(yàn)步驟如下:題組訓(xùn)練(1)由于電流表A1的量程不足.小組成員把A1,A2并聯(lián)后再接入電路,請(qǐng)按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在實(shí)物圖(甲)中完成余下導(dǎo)線的連接.解析:(1)由于小燈泡的電阻相對(duì)于電壓表內(nèi)阻來(lái)說(shuō)很小,電流表采用外接法,連接實(shí)物圖如圖所示.答案:(1)見(jiàn)解析(2)正確連接好電路,并將滑動(dòng)變阻器滑片滑至最

端,閉合開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)滑片.發(fā)現(xiàn)當(dāng)A1示數(shù)為0.50A時(shí),A2的示數(shù)為200mA,由此可知A2的內(nèi)阻為

Ω.

答案:(2)右1.5

(3)若將并聯(lián)后的兩個(gè)電流表當(dāng)成一個(gè)新電表,則該新電表的量程為

A;為使其量程達(dá)到最大,可將圖(乙)中

(選填“Ⅰ”或“Ⅱ”)處斷開(kāi)后再串聯(lián)接入一個(gè)阻值合適的電阻.

答案:(3)0.84

Ⅰ2.(2019·湖南懷化模擬)某一小型電風(fēng)扇額定電壓為5.0V,額定功率為2.5W.某