2019版高考物理總復習 實驗創(chuàng)新增分 專題九 描繪小燈泡的伏安特性曲線學案

1、實驗九描繪小燈泡的伏安特性曲線一、實驗目的1掌握滑動變阻器的使用方法及連接方式。2掌握伏安特性曲線的描繪方法。3理解小燈泡的伏安特性曲線為什么是曲線。二、實驗原理1用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在IU坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來。2滑動變阻器兩種接法的對比 方式內容限流接法分壓接法對比說明兩種接法電路圖串、并聯(lián)關系不同負載R上電壓調節(jié)范圍UE0UE分壓電路調節(jié)范圍大負載R上電流調節(jié)范圍I0I分壓電路調節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護電路元件3兩種接法的選擇(1)選擇不同接法的原則(2)下列情況下滑動變阻器應

2、采用限流接法測量時電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調節(jié)，只是在小范圍內變化，且R與R0接近或R略小于R0，采用限流接法。電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時，采用限流接法。沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，考慮安裝簡便和節(jié)能因素常采用限流接法。(3)下列情況下滑動變阻器應采用分壓接法題設條件中所提供的電表量程或電阻的最大允許電流不夠。題設條件中的滑動變阻器的最大阻值遠小于被測電阻或電路中串聯(lián)的其他電阻的阻值。題設要求回路中某部分電路兩端的電壓從零開始連續(xù)變化。三、實驗器材小燈泡(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一個

3、、電壓表(03 V15 V)與電流表(00.6 A3 A)各一個、滑動變阻器(最大阻值20 )一個、學生低壓直流電源(或電池組)、開關一個、導線若干、坐標紙、鉛筆。四、實驗步驟1確定電流表、電壓表的量程，采用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法，按實驗中的原理圖連接好實驗電路。2把滑動變阻器的滑片調節(jié)到圖中最左端，接線經(jīng)檢查無誤后，閉合開關S。3移動滑動變阻器滑片位置，測出12組左右不同的電壓值U和電流值I，并將測量數(shù)據(jù)填入表格中，斷開開關S。次數(shù)123456789101112電壓U/V電流I/A五、數(shù)據(jù)處理1在坐標紙上以U為橫軸，以I為縱軸，建立坐標系。2在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點(

4、坐標系縱軸和橫軸的標度要適中，以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標紙為宜)。3將描出的點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線。六、誤差分析1系統(tǒng)誤差：由于采用的是電流表外接法，電流表的測量值大于小燈泡電流的真實值。2偶然誤差(1)電壓表、電流表讀數(shù)時存在誤差。(2)在坐標紙上描點、作圖時存在誤差。七、注意事項1電路的連接方式(1)電流表應采用外接法：小燈泡(3.8 V,0.3 A)的電阻很小，與00.6 A的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大。(2)滑動變阻器應采用分壓式接法：目的是能使小燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)變化。2閉合開關S前，滑動變阻器的滑片應移到使小燈泡分得電壓為零的一端，使開

5、關閉合時小燈泡的電壓從零開始變化，同時也是為了防止開關剛閉合時因小燈泡兩端電壓過大而燒壞燈絲。3IU圖線在U01.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U1.0 V左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差。4當小燈泡的電壓接近額定電壓值時要緩慢增加，到額定電壓值記錄額定電流I后馬上斷開開關。5誤差較大的點舍去，IU圖線應是平滑曲線而非折線?？键c1基礎實驗例1(2017甘肅一診)有一個額定電壓為2.8 V、功率約為0.8 W的小燈泡，現(xiàn)要用伏安法描繪這個小燈泡的IU 圖線，有下列器材供選用：A電壓表(03 V，內阻6 k)B電壓表(015 V，內阻30 k)C電流表(03 A，內阻0.1 )D電流表(00.6 A

6、，內阻0.5 )E滑動變阻器(010 ，2 A)F滑動變阻器(0200 ，0.5 A)G蓄電池(電動勢6 V，內阻不計)(1)某同學誤將電流表和電壓表接成如圖甲所示的電路，其他部分連接正確，接通電源后，小燈泡的發(fā)光情況是_。要求小燈泡兩端的電壓從零開始增大，應選擇圖乙中的電路圖是_(填“a”或“b”)。(2)用正確的電路進行測量，電壓表應選用_，電流表應選用_。(用序號字母表示)(3)滑動變阻器應選用_(用序號字母表示)。(4)通過實驗測得此小燈泡的伏安特性曲線如圖丙所示，由圖線可求得此小燈泡在正常工作時的電阻為_。(5)若將此小燈泡與電動勢6 V、內阻不計的電源相連，要使小燈泡正常發(fā)光，需串

7、聯(lián)一個阻值為_的電阻(結果保留三位有效數(shù)字)。解析(1)由題圖甲可知，電壓表串聯(lián)在電路中，電路中的電阻很大，小燈泡不亮；要使小燈泡兩端的電壓從零開始調節(jié)，滑動變阻器應采用分壓接法，故電路圖應選擇b。(2)小燈泡的額定電壓為2.8 V，故電壓表的量程應略大于2.8 V，故電壓表應選A；由PUI得，電流I0.29 A，故電流表應選D。(3)本實驗中滑動變阻器是分壓接法，為了方便調節(jié)，滑動變阻器選最大阻值較小的，故應選E。(4)由題圖丙可知，當電壓為2.8 V時，電流為0.28 A，則電阻R10 。(5)要使小燈泡串聯(lián)在6 V的電源上正常工作，則與它串聯(lián)的電阻所分電壓為6 V2.8 V3.2 V，串

8、聯(lián)的電阻R11.4 。答案(1)不亮 b (2)A D (3)E (4)10 (5)11.4滑動變阻器的選擇從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測電阻相近或較大的滑動變阻器；分壓式接法要選用比待測電阻較小阻值的滑動變阻器。測量電壓要求從零開始的，只能采用分壓式接法。描繪小燈泡的伏安特性曲線一般要求燈泡兩端電壓從零開始，一般采用分壓接法，選用較小的變壓器。小華和小明在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中：電壓U/V0.000.200.400.701.001.301.702.102.50電流I/A0.000.140.240.260.370.400.430.450.46

9、(1)實驗室有兩種滑動變阻器供選擇：A滑動變阻器(阻值范圍010 、額定電流3 A)B滑動變阻器(阻值范圍02000 、額定電流1 A)實驗中選擇的滑動變阻器是_。(填寫字母序號)(2)在圖甲中用筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整。(3)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至最_(填“左”或“右”)端。(4)利用表中數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出小燈泡的UI圖線。(5)他們在UI圖象上找到小燈泡工作電壓為2.0 V時坐標點，計算此狀態(tài)的電阻值時，小明提出用圖象上該點曲線斜率表示小燈泡的阻值；小華提出該點與坐標原點連線的斜率表示小燈泡的阻值。你認為_(填“小華”或“小明”)的方法正確。答案(1)A (2)圖見解

10、析 (3)左 (4)圖見解析 (5)小華解析(1)由于燈泡的電阻大約在幾歐左右，為了便于測量，滑動變阻器選擇010 的。(2)由于燈泡的電壓和電流從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法；電流表采用外接法。實物連線圖如圖所示。(3)為了保護測量電路，開關閉合前，滑動變阻器的滑片應滑至最左端。(4)小燈泡的UI圖線如圖所示。(5)根據(jù)歐姆定律知，R，電阻的大小為該點與坐標原點連線的斜率，故小華正確?？键c2創(chuàng)新實驗例2在有光照時太陽能電池可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，太陽能電池可以視為一個電學器件。某實驗小組用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時(沒有儲存電能)的

11、IU特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干。(1)為了達到上述目的，應選用哪個電路圖：_(填“甲”或“乙”)。(2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖丙所示的IU圖象。由圖可知，當電壓小于2.0 V時，太陽能電池的電阻_(填“很大”或 “很小”)；當電壓為2.8 V時，太陽能電池的電阻約為_(結果保留兩位有效數(shù)字)。解析(1)用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照射時(沒有儲存電能)的IU特性，應選用滑動變阻器分壓接法，為電路圖甲。 (2)由圖可知，當電壓小于2.0 V時，電流幾乎為零，所以太陽能電池的電

12、阻很大。當電壓為2.8 V時，對應電流為2.8 mA，由歐姆定律可得太陽能電池的電阻約為R1.0103 。答案(1)甲(2)很大1.0103熟練掌握實驗的基本原理是解決創(chuàng)新性實驗的前提。創(chuàng)新實驗一般就是：實驗對象的變化。如例2把描述小燈泡的伏安特性曲線轉化為太陽能電池的伏安特性曲線。數(shù)據(jù)測量方式的變化和數(shù)據(jù)處理的變化。實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1(阻值變化范圍020 )、滑動變阻器R2(阻值變化范圍01000 )、電動勢大小合適的電源、小燈泡(4 V2 W)、開關、導線若干。(1)要完整地描繪小燈泡的UI曲線，請在虛線框中畫出實驗電路圖，并標出所用滑動變阻器的符號

13、。(2)實驗中描繪出的小燈泡UI曲線如圖甲所示，由圖象可知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而_(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內阻，實驗電路如圖乙所示，圖中R0是阻值為9.0 的保護電阻，實驗中測得多組數(shù)據(jù)如表所示，試在同一坐標系中畫出等效電源的UI圖象，由圖象可求出電源自身內阻約為_。序號123456U/V4.003.402.802.001.500.80I/A0.200.250.330.400.460.52(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路，如圖丙所示，此時小燈泡消耗的電功率約為_W。答案(1)圖見解析 (2)增大 (3)圖見解析 1.

14、0 (4)0.82(0.800.84均正確)解析(1)描繪燈泡的伏安圖象曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器要采用分壓接法，變阻器應選用阻值較小的R1，由于小燈泡的阻值較小，電流表應用外接法，電路圖如圖所示。(2)由圖示UI圖象可知，隨著電壓與電流的增大，燈泡實際功率增大，燈絲溫度升高，電壓與電流的比值增大，燈絲電阻增大，由此可知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大。(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)作出電源UI圖象如圖所示，由圖象可知，電源內阻rR0 9 1 。(4)由圖象可知，燈泡兩端電壓為2.1 V，電流為0.39 A，燈泡的電功率為PUI2.10.39 W0.82 W。1在“描繪小燈泡的伏安特性

15、曲線”的實驗中，可供選擇的實驗儀器如下：(1)在上述器材中，滑動變阻器應選_，電流表應選_。(2)在圖甲中用筆畫線代替導線，把實驗儀器連接成完整的實驗電路。(3)利用實驗中得到的實驗數(shù)據(jù)在IU坐標系中描繪出了如圖乙所示的小燈泡的伏安特性曲線。根據(jù)此圖給出的信息，可以判斷出下圖中正確的是(圖中P為小燈泡功率)()答案(1)R1 A2 (2)圖見解析 (3)BD解析(1)為方便電路調節(jié)，滑動變阻器應選擇電阻小的R1；小燈泡正常工作時I額0.3 A300 mA100 mA，故電流表應選A2。(2)因為要求小燈泡上的電壓從0開始增大，滑動變阻器應選用分壓式接法；而小燈泡正常工作時R燈 13 ，RV5

16、k，R燈 ，故電流表應選擇外接法，其實驗電路如圖所示。(3)在IU圖象中，圖線斜率逐漸減小，小燈泡的R逐漸增大；由P知在PU2圖象中，圖線的斜率應逐漸減小，故B正確；由PI2R知在PI2圖象中圖線的斜率R應逐漸增大，故D正確。2在“研究標有 9 V 5 W 的小燈泡的伏安特性”的實驗中，要求測量從0 V到9.0 V的電壓下通過小燈泡的電流，實驗室提供了下列器材：A電流表(量程100 mA，內阻1 )B電流表(量程0.6 A，內阻0.3 )C電壓表(量程3.0 V，內阻3 k)D電壓表(量程15.0 V，內阻10 k)E滑動變阻器R1(最大阻值為50 )F滑動變阻器R2(最大阻值為500 )G電

17、源E(電動勢15 V，內阻可忽略)H開關、導線若干(1)為了提高測量準確度和有效性，應選擇的器材為(只需填寫器材前面的字母即可)：電流表_，電壓表_，滑動變阻器_。(2)下列給出的測量電路圖中，最合理的是_。(3)某同學連接好的電路如圖甲所示，其中兩個不當之處是：_；_。 (4)某同學用正確的方法分別得到兩個燈泡L1和L2的UI圖象如圖乙中和所示，然后又將燈泡L1、L2與某電池組連成如圖丙所示電路。測得通過L1和L2的電流分別為0.30 A和0.60 A，則電池組的電動勢為_V，內阻為_。(數(shù)值取到小數(shù)點下一位)答案(1)B D E (2)B (3)開關閉合 滑動變阻器的滑片位置在中間(4)1

18、0.06.8解析(1)分析可得小燈泡的額定電流不到0.6 A，為了提高測量準確度和有效性，應選擇量程為0.6 A的電流表(代號B)，選擇量程為15 V的電壓表(代號D)。研究小燈泡的伏安特性，應該設計成分壓電路，滑動變阻器選擇最大阻值較小的R1(代號E)。(2)由于小燈泡電阻較小，電流表應采用外接法，所以給出的測量電路圖中，最合理的是B。(3)連接電路時開關應斷開，滑動變阻器應調到使小燈泡兩端電壓最小處，所以該同學連接好的電路中的不當之處是：開關閉合；滑動變阻器的滑片位置在中間。(4)在燈泡L1和L2的UI圖象上標出電流分別為0.30 A和0.60 A的兩點，過這兩點作直線，如圖所示，直線與縱

19、軸的交點縱坐標值等于電源電動勢，故E10.0 V；直線斜率的大小等于電源內阻，故r6.8 。3(2017廈門模擬)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，小燈泡的規(guī)格為“3.8 V 0.3 A”，除了開關、導線外，還有如下器材：電壓表V：量程05 V，內阻約5 k電流表A1：量程0500 mA，內阻約0.5 電流表A2：量程0100 mA，內阻約4 滑動變阻器R1：最大阻值10 ，額定電流2.0 A滑動變阻器R2：最大阻值100 ，額定電流1.0 A直流電源E：電動勢約6 V，內阻約0.5 (1)上述器材中，電流表應選_，滑動變阻器應選_。(填器材符號)(2)在電路中所有元器件都完好，且電壓表

20、和電流表已調零，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)反復調節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調為零，則斷路的導線為_(用圖中給出的導線符號表示)。(3)通過實驗得出了小燈泡的IU圖線如圖乙，可知在小燈泡上的電壓為2.0 V時，小燈泡的電阻是_。(4)如果把該小燈泡直接接在電動勢是2 V、內阻是8 的電源上組成閉合回路，則通過小燈泡的電流為_A。答案(1)A1 R1 (2)c (3)8 (4)0.16(0.150.17均正確)解析(1)小燈泡的額定電流為0.3 A，所以電流表應選A1，滑動變阻器采用分壓式接法，應選阻值較小的滑動變阻器，所以滑動變阻器應選R1。(2)電壓表、電流表都有示數(shù)，

21、說明a、b、d、e、g、h、f各條導線良好，示數(shù)不能調為零，說明滑動變阻器為限流式接法，所以導線c斷路。(3)小燈泡上的電壓為2.0 V時，對應的電流為0.25 A，由歐姆定律可得小燈泡的電阻R8 。(4)如果把該小燈泡直接接在電動勢是2 V，內阻是8 的電源上組成閉合回路，可在圖乙上畫出該電源的IU曲線，該曲線與小燈泡的伏安特性曲線的交點對應的縱坐標即為通過小燈泡的電流，為0.16 A。4(2015浙江高考)圖1是小紅同學在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的實物連接圖。(1)根據(jù)圖1在虛線框中畫出實驗電路圖；(2)調節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖2中的、所示，電流表量程為0

22、.6 A，電壓表量程為3 V。所示讀數(shù)為：_、_、_、_。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_。答案(1)圖見解析(2)0.10 A0.24 A2.00 V0.25 V83 (8.28.4 均可)25 (2.42.6 均可)(最后兩空答案互換位置也正確)解析(1)根據(jù)實物圖，滑動變阻器起分壓作用，電壓表測量小燈泡兩端的電壓，電流表外接，故畫出的電路圖如圖所示。(2)電流表量程為0.6 A，電壓表量程為3 V，因此的讀數(shù)為0.10 A，的讀數(shù)為0.24 A，的讀數(shù)為2.00 V，的讀數(shù)為0.25 V。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻R1 8.3 ，R2 2.5 。5(2016天津高考)某同學想要描繪標有“3.8 V

23、,0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W選用的器材除開關、導線外，還有：電壓表V1(量程03 V，內阻等于3 k)；電壓表V2(量程015 V，內阻等于15 k)；電流表A1(量程0200 mA，內阻等于10 )；電流表A2(量程03 A，內阻等于0.1 )；滑動變阻器R1(010 ，額定電流2 A)；滑動變阻器R2(01 k，額定電流0.5 A)；定值電阻R3(阻值等于1 )；定值電阻R4(阻值等于10 )；定值電阻R5(阻值等于1 k)；電源E(E6 V，內阻不計)。(1)請在虛線框內畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。(2

24、)該同學描繪出的IU圖象應是下圖中的_。答案(1)圖見解析(2)B解析(1)首先考慮測量電路：由于小燈泡的規(guī)格為“3.8 V，0.3 A”，可知電表V2、A2量程太大而不能選用；電表V1、A1則需要改裝才能獲得小燈泡完整的伏安特性曲線。A1與R4并聯(lián)可得量程為00.4 A的電流表，V1與R5串聯(lián)可得量程為04 V的電壓表，因小燈泡電阻值較小，測量電路應采用電流表外接的方式。再考慮控制電路：首先由調節(jié)的方便性可知滑動變阻器應選用阻值較小的R1，再由“繪制曲線完整”可知測量電壓與電流應從零開始變化，故連接方法應選用分壓式接法。實驗電路圖如圖所示。(2)在IU圖象中，圖線上某點與原點連線的斜率表示該狀態(tài)下電阻的倒數(shù)。由于小燈泡燈絲的阻值是隨溫度升高而增大的