第4節(jié)實(shí)驗(yàn)八描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)

1、實(shí) 驗(yàn) 八描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)。(2)分析伏安特性曲線(xiàn)的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)器材 小燈泡、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干、坐標(biāo)紙、鉛筆。 典例1(2013·江蘇高考)為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小明測(cè)量小燈泡的電壓U和電流I，利用PUI得到電功率。實(shí)驗(yàn)所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V1.8 W”，電源為12 V的電池，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為10 。(1)準(zhǔn)備使用的實(shí)物電路如圖實(shí)­8­1所示。請(qǐng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)) 圖實(shí)­8&#

2、173;1 圖實(shí)­8­2(2)現(xiàn)有10 、20 和50 的定值電阻，電路中的電阻R1應(yīng)選_的定值電阻。(3)測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，拆除_兩端的導(dǎo)線(xiàn)，再拆除其他導(dǎo)線(xiàn)，最后整理好器材。(4)小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點(diǎn)在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線(xiàn)，如圖實(shí)­8­2所示。請(qǐng)指出圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤?。由題引知·要點(diǎn)謹(jǐn)記1滑動(dòng)變阻器的分壓式與限流式的接法對(duì)應(yīng)第(1)題(1)兩種接法的適用情形限流式接法適合測(cè)量阻值小的電阻(跟滑動(dòng)變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的總電阻還小)。分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻。(2)兩種接法的選擇若采用限流式接法不

3、能控制電流滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過(guò)電流表(或電壓表)的量程，或超過(guò)待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法。若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路。若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式電路。兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、耗能低。2.保護(hù)電阻的計(jì)算問(wèn)題對(duì)應(yīng)第(2)題,電阻R1接在供電電路中，對(duì)電路起到保護(hù)作用，當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值最大時(shí)，保護(hù)測(cè)量電路中用電器及電表不被燒壞。

4、,小燈泡與滑動(dòng)變阻器的并聯(lián)電阻值約為3.3 ，則12 V3 V，解得=9.94.描點(diǎn)作圖時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題對(duì)應(yīng)第(4)題(1)根據(jù)數(shù)據(jù)描出的點(diǎn)，若不是在一條直線(xiàn)上，則應(yīng)用平滑的曲線(xiàn)進(jìn)行連接，不能用直線(xiàn)或折線(xiàn)連接。(2)畫(huà)出的圖線(xiàn)分布范圍盡量不要太靠近坐標(biāo)軸一側(cè)，通過(guò)修改兩坐標(biāo)的標(biāo)度值即可。題組突破1(2012·安徽高考)圖實(shí)­8­3為“測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。 (1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：閉合開(kāi)關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，_；閉合開(kāi)關(guān)后，逐漸移動(dòng)變阻器的滑片，_；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線(xiàn)

5、。(2)在虛線(xiàn)框中畫(huà)出與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖。圖實(shí)­8­3 圖實(shí)­8­4 圖實(shí)­8­52某同學(xué)在探究規(guī)格為“6 V,3 W”的小燈泡伏安特性曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)中：(1)在小燈泡接入電路前，使用多用電表直接測(cè)量小燈泡的電阻，則應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)旋至_擋進(jìn)行測(cè)量。(填選項(xiàng)前的字母)A直流電壓10 VB直流電流5 mA C歐姆×100 D歐姆×1(2)該同學(xué)采用圖實(shí)­8­4所示的電路進(jìn)行測(cè)量。圖中R為滑動(dòng)變阻器(阻值范圍020 ，額定電流1.0 A)，L為待測(cè)小燈泡， 為電壓表(量程6 V，電阻20 k)， 為電流表

6、(量程0.6 A，內(nèi)阻1 )，E為電源(電動(dòng)勢(shì)8 V，內(nèi)阻不計(jì))，S為開(kāi)關(guān)。 .在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)S閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于最_端；(填“左”或“右”).在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，已知各元件均無(wú)故障，但閉合開(kāi)關(guān)S后，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)總是調(diào)不到零，其原因是_點(diǎn)至_點(diǎn)的導(dǎo)線(xiàn)沒(méi)有連接好；(圖中的黑色小圓點(diǎn)表示接線(xiàn)點(diǎn)，并用數(shù)字標(biāo)記，空格中請(qǐng)?zhí)顚?xiě)圖實(shí)­8­4中的數(shù)字).該同學(xué)描繪出小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)示意圖如圖實(shí)­8­5所示，則小燈泡的電阻值隨工作電壓的增大而_。(填“不變”、“增大”或“減小”)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2物理興趣小組的同學(xué)

7、們從實(shí)驗(yàn)室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱(chēng)功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清。他們想測(cè)定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測(cè)出該燈泡的電阻約為2 ，然后根據(jù)公式計(jì)算出該燈泡的額定電壓U V1.22 V。他們懷疑所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用下面可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，測(cè)量通過(guò)燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)繪制燈泡的U­I圖線(xiàn)，進(jìn)而分析燈泡的額定電壓。 A電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻約3 k)B電流表A1(量程150 mA，內(nèi)阻約2 ) C電流表A2(量程500 mA，內(nèi)阻約0.6 ) D滑動(dòng)變阻器R1(020 ) E滑動(dòng)變阻器R2(0100 ) F電源 E(電動(dòng)勢(shì)4.0

8、 V，內(nèi)阻不計(jì)) G開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線(xiàn)若干 H待測(cè)燈泡 L(額定功率0.75 W，額定電壓未知)(1)在下面所給的虛線(xiàn)框中畫(huà)出他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇_(填“A1”或“A2”)；滑動(dòng)變阻器選擇_(填“R1”或“R2”)。(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當(dāng)電壓達(dá)到1.23 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到2.70 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡已過(guò)亮，便立即斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄在下邊表格中。次數(shù)1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310請(qǐng)你根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖實(shí)­8&#

9、173;6中作出燈泡的U­I圖線(xiàn)。圖實(shí)­8­6(3)由圖像得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為_(kāi)V；這一結(jié)果大于1.22 V，其_。由題引知·要點(diǎn)謹(jǐn)記2處理數(shù)據(jù)的方法和能力對(duì)應(yīng)第(2)題(1)觀察和分析表格中的數(shù)據(jù)； (2)利用表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖紙上描點(diǎn)；(3)用平滑的曲線(xiàn)連結(jié)描出的點(diǎn)；(4)根據(jù)描繪的圖線(xiàn)分析小燈泡的工作狀態(tài)。3利用圖像處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)第(3)題(1)圖像縱橫坐標(biāo)的乘積表示功率；(2)結(jié)合小燈泡的實(shí)際工作過(guò)程分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。題組突破3(2013·天津高考)要測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，燈泡兩端的電壓需要

10、由零逐漸增加到3 V，并便于操作。已選用的器材有：電池組(電動(dòng)勢(shì)為4.5 V，內(nèi)阻約1 )；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)；電鍵一個(gè)、導(dǎo)線(xiàn)若干。(1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的_(填字母代號(hào))。A滑動(dòng)變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A) B滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)(2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖_(填字母代號(hào))。圖實(shí)­8­7 圖實(shí)­8­8圖實(shí)­8­9(3)實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)如圖實(shí)­8­8所示。如果將這個(gè)小燈泡接到

11、電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W。4(2015·云南聯(lián)考)有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“4.8 V,2 W”的字樣，現(xiàn)在測(cè)定小燈泡在不同電壓下的電功率，并作出小燈泡的電功率P與它兩端電壓的平方U2的關(guān)系曲線(xiàn)。有下列器材可供選用：A電壓表V1(03 V，內(nèi)阻3 k) B電壓表V2(015 V，內(nèi)阻15 k) C電流表A(00.6 A，內(nèi)阻約1 ) D定值電阻R13 k E定值電阻R215 k F滑動(dòng)變阻器R(10 ，2 A) G學(xué)生電源(直流6 V，內(nèi)阻不計(jì)) H開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干(1)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選用_，定值電阻應(yīng)選用_(均用序號(hào)字母填寫(xiě))；(2)為盡量減小實(shí)

12、驗(yàn)誤差，并要求從零開(kāi)始多取幾組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫(huà)出滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的電路圖；(3)利用上述實(shí)驗(yàn)電路圖測(cè)出的電壓表讀數(shù)UV與此時(shí)小燈泡兩端電壓U的定量關(guān)系是_，下圖的四個(gè)圖像中可能正確的是_。考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新典例3(2013·福建高考)硅光電池在無(wú)光照時(shí)不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件。某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖實(shí)­8­10甲電路，給硅光電池加反向電壓(硅光電池負(fù)極接高電勢(shì)點(diǎn)，正極接低電勢(shì)點(diǎn))，探究其在無(wú)光照時(shí)的反向伏安特性。圖中電壓表V1的量程選用3 V，內(nèi)阻為6.0 k；電壓表V2量程選用15 V，內(nèi)阻約為30 k；R0為保護(hù)電阻；直流電源電動(dòng)勢(shì)E約為12 V，內(nèi)阻不計(jì)。

13、(1)根據(jù)圖甲，用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，將圖乙連接成完整電路。 圖實(shí)­8­10 圖實(shí)­8­11(2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器R，讀出電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2。某次測(cè)量時(shí)，電壓表V1示數(shù)如圖丙，則U1_V，可算出通過(guò)硅光電池的反向電流大小為_(kāi)mA(保留兩位小數(shù))。該小組測(cè)出大量數(shù)據(jù)，篩選出下表所示的9組U1、U2數(shù)據(jù)，算出相應(yīng)的硅光電池兩端反向電壓Ux和通過(guò)的反向電流Ix(表中“”表示反向)，并在坐標(biāo)紙上建立Ix­Ux坐標(biāo)系，標(biāo)出了與表中前5組Ux、Ix數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。請(qǐng)你標(biāo)出余下的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，并繪出Ix­U

14、x圖線(xiàn)。123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA0.000.000.010.020.040.070.120.190.29由Ix­Ux圖線(xiàn)可知，硅光電池?zé)o光照下加反向電壓時(shí)，Ix與Ux成_(填“線(xiàn)性”或“非線(xiàn)性”)關(guān)系。由題引知·要點(diǎn)謹(jǐn)記1實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)題干部分(1)本實(shí)驗(yàn)描繪的不是小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，而是硅光電池不產(chǎn)生電能時(shí)，作為一個(gè)電子元件的伏安特性曲線(xiàn)。(2)本實(shí)驗(yàn)描繪的是給

15、硅光電池加反向電壓時(shí)的反向伏安特性。3.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)第(2)題問(wèn),(1)電壓表的讀數(shù)方法。,(2)由于電壓表V1 的內(nèi)阻已知，可通過(guò)I4描點(diǎn)、連線(xiàn)作圖能力對(duì)應(yīng)第(2)題問(wèn)5.讀圖、用圖的能力對(duì)應(yīng)第(2)題問(wèn)根據(jù)圖像分析：若圖線(xiàn)是直線(xiàn)，則Ix與Ux成線(xiàn)性關(guān)系；若圖線(xiàn)是曲線(xiàn)，則Ix與Ux成非線(xiàn)性關(guān)系。,本實(shí)驗(yàn)還可以從以下三個(gè)方面改進(jìn)和創(chuàng)新：(1)描繪二極管的伏安特性曲線(xiàn)；(2)描繪太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)的伏安特性曲線(xiàn)；(3)測(cè)定小燈泡在不同電壓下的電功率；描繪小燈泡電功率P與兩端電壓的平方U2的曲線(xiàn)。 題組突破5太陽(yáng)能是一種清潔、“綠色”能源。在我國(guó)上海舉辦的2010年世博會(huì)上，大量利用了太

16、陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒(méi)有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件。某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方法，探究一個(gè)太陽(yáng)能電池在沒(méi)有光照時(shí)(沒(méi)有儲(chǔ)存電能)的I­U特性。所用的器材包括：太陽(yáng)能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器R，開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線(xiàn)若干。(1) 為了達(dá)到上述目的，請(qǐng)將圖實(shí)­8­12甲連成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)電路圖。(2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪出了如圖乙所示的I­U圖像，由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻_(填“很大”或“很小”)；當(dāng)電壓為2.80 V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻約為_(kāi)。圖實(shí)

17、­8­126(2015·遼寧四校模擬)由金屬絲制成的電阻阻值會(huì)隨溫度的升高而變大。某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，親自動(dòng)手通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪這樣一個(gè)電阻器的伏安特性曲線(xiàn)?？晒┻x擇的實(shí)驗(yàn)器材有：A待測(cè)電阻器Rx(2.5 V,1.2 W) B電流表A(00.6 A，內(nèi)阻為1 ) C電壓表V(03 V，內(nèi)阻未知)D滑動(dòng)變阻器(010 ，額定電流1 A) E電源(E3 V，內(nèi)阻r1 ) F定值電阻R0(阻值5 ) G開(kāi)關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線(xiàn)若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開(kāi)始變化，請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。(2)按照正確的電路圖，該同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：I/A0.1

18、50.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V圖實(shí)­8­13其中，I是電流表的示數(shù)，U是電壓表的示數(shù)，UR是電阻器兩端的實(shí)際電壓。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算補(bǔ)全表格中的空格，然后在坐標(biāo)圖實(shí)­8­13中畫(huà)出電阻器的伏安特性曲線(xiàn)。(3)該同學(xué)將本實(shí)驗(yàn)中的電阻器Rx以及給定的定值電阻R0二者串聯(lián)起來(lái)，接在本實(shí)驗(yàn)提供的電源兩端，則電阻器的實(shí)際功率是_W。(結(jié)果保留2位小數(shù))實(shí) 驗(yàn) 八描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)解析典例1答案(1)連線(xiàn)如圖所示。 甲 乙(2)10(3)電池(4)圖線(xiàn)不應(yīng)畫(huà)為直線(xiàn)

19、；橫坐標(biāo)的標(biāo)度不合適典例2答案(1)電路原理圖如圖甲所示A2R1 (2)如圖乙所示(3)2.5(2.42.6均可)燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻(或燈泡電阻隨溫度升高而變大) 典例3答案(1)連接電路如圖所示(2)1.400.23描點(diǎn)繪出Ix­Ux圖線(xiàn)如圖所示非線(xiàn)性 題組突破1.解析：(1)滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，故閉合開(kāi)關(guān)前，燈泡兩端的電壓為零，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使它靠近滑動(dòng)變阻器左端的接線(xiàn)柱。閉合開(kāi)關(guān)后，逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到額定電壓。(2)與實(shí)物電路相應(yīng)的電路圖如圖所示。答案：(1)使它靠近滑動(dòng)變阻器左

20、端的接線(xiàn)柱 增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數(shù)，直至電壓達(dá)到其額定電壓(2)如解析圖所示2.解析：(1)因小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R 12 ，小燈泡未接入電路的電阻要比正常發(fā)光時(shí)小得多(因溫度的影響)，故用多用電表測(cè)未接入電路的小燈泡的電阻，應(yīng)選D。(2).在實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)前，應(yīng)使用電器的電壓、電流為最小值，故應(yīng)使滑片P置于最左端。.若1點(diǎn)到5點(diǎn)未接好，則電路成為滑動(dòng)變阻器的限流式電路。.在I­U圖像中的每一點(diǎn)與O點(diǎn)連線(xiàn)的斜率逐漸減小，即電阻的倒數(shù)減小，所以電阻增大。 答案：(1)D(2).左.15(或51).增大3.解析：本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)的器材選用、電路選用及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，意在考查考生實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理的能力。(1)描繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求電壓調(diào)節(jié)范圍大，因此滑動(dòng)變阻器采用分壓式，為使調(diào)節(jié)過(guò)程中電壓變化盡可能均勻，選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器A；(2)由于小燈泡的電阻比較小，因此電流表采用外接法