高考物理系統(tǒng)性復(fù)習(xí) (考點(diǎn)分析) 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)：描繪小電珠的伏安特性曲線（附解析）

【考點(diǎn)分析】第三節(jié)實(shí)驗(yàn)：描繪小電珠的伏安特性曲線【考點(diǎn)一】對(duì)電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)原理的考查【典型例題1】現(xiàn)要用伏安法描繪一只標(biāo)值為“2.5V,0.6W”小燈泡的I－U圖線，有下列器材供選用：A．電壓表(0～3V，內(nèi)阻3kΩ；0～15V，內(nèi)阻10kΩ)B．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻0.5Ω；0～3A，內(nèi)阻0.1Ω)C．滑動(dòng)變阻器(10Ω，2A)D．滑動(dòng)變阻器(100Ω，1.0A)E．蓄電池(電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì))(1)為了減小測(cè)量誤差，圖甲中的S1應(yīng)接________(填“M”或“N”)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(用序號(hào)字母表示)．(2)根據(jù)選擇的電路，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖乙中將實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)所需要電路．(3)開(kāi)關(guān)S閉合之前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________端(選填“A”“B”或“AB正中間”)．閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表示數(shù)變化明顯，但電流表示數(shù)始終為0，則電路故障為_(kāi)_______．【解析】(1)由電路圖可知，電路采用了滑動(dòng)變阻器分壓式接法；因燈泡電阻較小，故電流表采用外接法，故S1應(yīng)接在M點(diǎn)；因采用分壓式接法，故滑動(dòng)變阻器采用總阻值較小的C.(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖畫(huà)出實(shí)物圖．(3)為了保證實(shí)驗(yàn)安全，開(kāi)始時(shí)燈泡兩端的電壓應(yīng)為最小，故滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)在A端；由題意可知，電壓表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表與電源相連，且滑動(dòng)變阻器連接正常，而電流表沒(méi)有示數(shù)說(shuō)明電路是斷開(kāi)的，由電路圖可知，只能是燈泡發(fā)生了斷路故障．【答案】(1)MC(2)見(jiàn)解析圖(3)A燈泡斷路【考點(diǎn)二】對(duì)數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查【典型例題2】某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性．所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8V，額定電流0.32A)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻3kΩ)；電流表A(量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω)；固定電阻R0(阻值1000Ω)；滑動(dòng)變阻器R(阻值0～9.0Ω)；電源E(電動(dòng)勢(shì)5V，內(nèi)阻不計(jì))；開(kāi)關(guān)S；導(dǎo)線若干．(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖．(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”)．(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，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_(kāi)_______W，最大功率為_(kāi)_______W．(結(jié)果均保留2位小數(shù))【解析】(1)要實(shí)現(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，則滑動(dòng)變阻器需要設(shè)計(jì)成分壓接法；電壓表V應(yīng)與固定電阻R0串聯(lián)，將量程改為4V．由于小燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻約為12Ω，所以需將電流表外接．(2)由小燈泡伏安特性曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻增大．根據(jù)電阻定律可知，燈絲的電阻率增大．(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大為9.0Ω時(shí)，流過(guò)小燈泡的電流最小，小燈泡的實(shí)際功率最小，把滑動(dòng)變阻器視為等效電源內(nèi)阻的一部分，在題圖(a)中畫(huà)出等效電源E′0(電動(dòng)勢(shì)4V，內(nèi)阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω)的伏安特性曲線，函數(shù)表達(dá)式為U＝4－10I(V)，圖線如圖中Ⅰ所示，故小燈泡的最小功率為Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W．當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最小為零時(shí)，流過(guò)小燈泡的電流最大，小燈泡的實(shí)際功率最大，在題圖(a)中畫(huà)出電源E0(電動(dòng)勢(shì)4V，內(nèi)阻1.00Ω)的伏安特性曲線，函數(shù)表達(dá)式為U＝4－I(V)，圖線如圖中Ⅱ所示，故小燈泡的最大功率為Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.【答案】(1)實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示(2)增大增大(3)0.391.17【考點(diǎn)三】拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【典型例題3】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：(1)根據(jù)圖(a)，在實(shí)物圖(b)上完成連線；(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至最________端(填“左”或“右”)，將多用電表選擇開(kāi)關(guān)撥至直流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_(kāi)_______mA；(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________(填“增大”“減小”或“不變”)；當(dāng)兩端電壓為2.9V時(shí)，正向電阻為_(kāi)_______kΩ(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(5)若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，將滑動(dòng)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】(1)根據(jù)多用電表紅黑表筆的接法“紅進(jìn)黑出”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：(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；(3)多用電表所選量程為25mA，則電流表讀數(shù)為eq\f(160,10)mA＝16.0mA(答案在15.8～16.2mA范圍內(nèi)均可)；(4)I－U圖象中，圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由題圖可知，隨著電壓的增加，斜率逐漸增大，則二極管的電阻逐漸減??；當(dāng)二極管兩端電壓為2.9V時(shí)，通過(guò)二極管的電流為19.5mA，則電阻大小為R＝eq\f(2.9V,0.0195A)≈0.15kΩ(答案在0.14～0.16kΩ范圍內(nèi)均可)；(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，將滑動(dòng)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