1、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律二、实验原理1实验电路(如图所示)：电流表采用外接(小灯泡电阻很小)，滑动变阻器采用分压式(使电压能从零开始连续变化)2实验原理：用电压表和电流表可以分别测出多组小灯泡的电压和电流值，在坐标纸的 IU 坐标系中描出各个点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来三、实验器材学生电源(46 V 直流)，小灯泡(“4 V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”)，电流表(内阻较小)，电压表(内阻很大)，滑动变阻器，开关和导线四、实验步骤1连接电路：确定电流表、电压表的量程，按实验电路图连好电路(注意开关应断开，滑动变
2、阻器与灯泡并联部分电阻为零)2测量数据：闭合开关 S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小但明显的示数，记录一组电压U 和电流 I 值3重复测量：用同样的方法测量并记录 12 组 U值和 I 值次数123456789101112 电压 U/V电流 I/A4.整理器材：断开开关 S，整理好器材5描绘曲线：在坐标纸上，以 U 为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系，并根据表中数据描点，先观察所描点的走向，再用平滑曲线连接各点得到 IU图线五、注意事项1本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法2本实验要作出 IU 图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采
3、用分压式接法3为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的左端4加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压5连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧，绝对不要出现折线六、误差分析1由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，则电流表示数偏大2测量时读数带来误差3在坐标纸上描点、作图时带来误差考点一 描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验设计例 1 一学习小组要用伏安法尽量准确地描绘一个标有“6 V 1.5 W”的小灯泡的 IU 图线，现有下列器材供选用：A学生电源(直流 9 V)B开关一个、导线若干C电压表(03 V，内阻约 10 k)D电压表(0
4、6 V，内阻约 10 k)E电压表(010 V，内阻约 30 k)F电流表(00.3 A，内阻约 0.1)G电流表(00.6 A，内阻约 0.4)H电流表(03 A，内阻约 0.6)I滑动变阻器(20，2 A)J滑动变阻器(200，1 A)(1)实验中需用到的仪器有_(用字母序号表示)；(2)在下面方框内画出实验电路图；(3)对应实验电路图将实物连线补充完整【解析】(1)因为灯泡的标号为“6 V 1.5 W”，故电源选用直流电压为 9 V 的 A，当然还需要一些导线和开关 B，电压表选用量程为 6 V 的 D 即可，由于灯泡正常发光的电流为 I1.5 W6 V 0.25 A，故电流表选用量程为
5、 0.3 A 的 F，由于测的是小灯泡的 IU 图线，要求电压的调节范围较大，故采用分压式连接，滑动变阻器选用阻值较小的 I；(2)因为灯泡的电阻约为 24，阻值较小，为了减小误差，电流表宜采用外接法接入，故电路图如图所示；(3)连接的实物电路如图所示【答案】(1)ABDFI(2)电路图如图所示 (3)实物连线如图所示【小结】依实验要达到的目的，判断滑动变阻器是作限流用还是作分压用，从方便操作的角度，确定选哪个滑动变阻器 依用电器的规格及实验的进行过程，从“安全、精确”的角度，确定选哪个电流表、电压表考点二 数据的处理及实验结论例 2 某同学为研究小灯泡(最大电压不超过2.5 V，最大电流不超
6、过 0.55 A)的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材：A电压表(量程是 3 V，内阻是 6 k)B电压表(量程是 15 V，内阻是 30 k)C电流表(量程是 0.6 A，内阻是 0.5)D电流表(量程是 3 A，内阻是 0.1)E滑动变阻器(阻值范围 0100，额定电流为 0.6 A)F滑动变阻器(阻值范围 05，额定电流为 0.6 A)G直流电源(电动势 E3 V，内阻不计)H开关、导线若干该同学设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据(I 和 U 分别表示小灯泡上的电流和电压)I/A 0 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0
7、.50 U/V 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00(1)为了提高实验结果的准确程度，电流表选_；电压表选_；滑动变阻器选_(以上均填写器材代号)(2)请在下面的虚线框中画出实验电路图(3)在坐标纸中描出该小灯泡的伏安特性曲线(4)据图中描出的伏安特性曲线可知，该小灯泡的电阻随温度而变化的情况为：_【解析】(1)因为灯泡的最大电流为 0.55 A，故电流表选 C；灯泡的电压不超过 2.5 V，则电压表选A；滑动变阻器选阻值较小的 F；(2)电路如图；(3)伏安特性曲线如图；(4)小灯泡的电阻随温度而变化的情况为：小灯泡电阻随温度
8、升高而增大【答案】(1)C A F(2)实验电路图见解析(3)伏安特性曲线见解析(4)小灯泡电阻随温度升高而增大考点三 实验的创新例 3 硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性图中电压表 量程选用 3 V，内阻为 6.0 k；电压表 量程选用 15 V，内阻约为 30 k；R0 为保护电阻；直流电源电动势 E 约为 12 V，内阻不计(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关 S，调节变阻器 R，读出电压表，的示数 U1
9、、U2.某次测量时，电压表 示数如图丙，则 U1_V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为_mA(保留两位小数)该小组测出大量数据，筛选出下表所示的 9 组U1、U2 数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux 和通过的反向电流 Ix(表中“”表示反向)，并在坐标纸上建立 IxUx 坐标系，标出了与表中前 5 组 Ux、Ix 数据对应的 5 个坐标点请你标出余下的 4 个坐标点，并绘出 IxUx 图线123456789 U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74 U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7 Ux/V0.01.02.03.04
10、.05.06.07.08.0 Ix/mA 0.000.000.01 0.02 0.04 0.07 0.12 0.19 0.29由 IxUx 图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与 Ux成_(填“线性”或“非线性”)关系【解析】(1)电路实物图如图甲所示 甲(2)电压表 的量程是 3 V，则其读数为 1.40 V硅光电池与 串联，通过硅光电池的电流等于流过 的电流，即 I1U1R1 1.406103 A0.23 mA.描点和画线如图乙所示乙由图线可知，硅光电池无光照射下加反向电压时，其伏安特性曲线是非线性的，即电阻是变化的【小结】如果知道电压表的内阻和它两端的电压，则通过它的电流 IVU
11、VRV，即电压表可当电流表使用，IV 很小 连实物图时，可以先一个一个“零件”连好，然后各“零件”组装成一个“系统”例如：滑动变阻器是限流，还是分压？安培表是内接还是外接？描点时要严格按数据描，描好后先看点的大致分布，判断是直线型还是曲线型，画直线要使两旁点对称，画曲线要平滑【答案】(1)如图甲所示(2)1.40 0.23 如图乙所示 非线性1要测绘一个标有“3 V 0.6 W”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 3 V，并便于操作已选用的器材有：电池组(电动势 4.5 V，内阻约 1)；电流表(量程为 0250 mA，内阻约 5)；电压表(量程为 03 V，内阻约 3 k
12、)；开关一个、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 20，额定电流 1 A)B滑动变阻器(最大阻值 1 750，额定电流 0.3 A)A(2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号)【解析】(1)为便于调节，滑动变阻器应选择“小电阻、大电流”的 A；(2)由于灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，故控制电路应采用分压式，因小灯泡阻值较小，故测量电路应采用外接法，实验的电路图应采用选项 B 项所示的电路B2太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个
13、太阳能电池板在没有光照时(没有储存电能)的 IU 特性所用的器材包括：太阳能电池板，电源 E，电流表 A，电压表 V，滑动变阻器 R，开关 S 及导线若干.(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的图_(填“a”或“b”)(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的 IU 图像由图可知，当电压小于2 V 时，太阳能电池板的电阻_(填“很大”或“很小”)：当电压为 2.8 V 时，太阳能电池板的电阻为_.a很大1103(3)当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为_V若把它与阻值为 1 k 的电阻连接构成一
14、个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是_%.(结果保留三位有效数字)2.864.3(64.164.5之间均算对)【解析】(1)用 a 图可以在电池板上得到从零开始的电压，故应选 a图；(2)由图可知，当电压小于 2 V时，通过太阳能电池板的电流为零，故太阳能电池板的电阻很大；当电压为 2.80 V 时，电流为 2.8 mA，则可知太阳能电池板的电阻为 1 000；(2)由 UI 图线可知，电池板作为电源时的电动势为 2.80 V；若把它与阻值为 1 000 的电阻连接构成一个闭合电路，则画出此电阻的 UI 图线与电池板的 UI 线交于一点，读出 U1.8 V，I1.8 mA 该电池板的
15、效率是 IUIE1.82.8100%64.3%.3为了测量一个“12 V 5 W”的小灯泡在不同电压下的功率，给定了以下器材：电源：电动势 12 V，内阻不计；电流表：00.6 A(内阻约 0.5)、03 A(内阻约 0.1)；电压表：03 V(内阻约 3 k)、015 V(内阻约 15 k)；滑动变阻器：020，允许最大电流 1 A；开关一个，导线若干(1)实验时要求加在灯泡两端的电压从 0 调到 12 V，请在上图所示的电路中再接入所需导线，完成实验电路(2)某同学测得的小灯泡伏安特性曲线如下左图所示在某次测量时，电流表指针位置如下右图所示，则其读数为_A，此时小灯泡的实际功率为_W.(3
16、)若要求 P 点对应状态的电阻值，则应求直线_(填“L1”或“L2”)的斜率L20.402.4【解析】(1)按分压、电流表外接连图(略)(2)由电流表可得 I0.4 A(I 额0.5 A)再由 UI 图象可得 0.4 A 对应 6 V，故小灯泡的实际功率为 2.4 W.(3)由 RUI 知应求 L2 的斜率一、单选题1在如图甲所示的电路中，电源电动势为 3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3 为 3 个特殊材料制成的相同规格小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示当开关 S 闭合时()AL3 两端的电压为 L1 的 4 倍B通过 L3 的电流为 L2 的 2 倍CL1、L2、L3 的电阻都相
17、同DL3 消耗的电功率为 0.75 WD【解析】L1 与 L2 电压相等，L3 的电压是 L2的电压的 2 倍，但 L3 的电阻不等于 L2 的电阻，L1与 L2 的电阻相等A、B、C 都错L3 电压为 3.0 V，从图象上看出电流为 0.25 AD 对.二、填空题2“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V 1.5 W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：A直流电源 3 V(内阻可不计)B直流电流表 0600 mA(内阻约 0.5 )C直流电压表 03 V(内阻约 3 k)D滑动变阻器(10 ，1 A)E滑动变阻器(1 k，300 mA)F开关、导线若干(1)本实验
18、中滑动变阻器选用_(选填“D”或“E”)(2)某同学用导线 a、b、c、d、e、f、g 和 h 连接的电路如下图所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零闭合开关后发现电压表的示数为 3 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是_；若电压表示数为零，电流表的示数为 0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线是_；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是_dhgD(3)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线.U/VI/A 000.50.171.00.301.50.39
19、2.00.452.50.49【解析】(1)用分压电路，滑动变阻器选 D.(2)当电压表示数为 2 V，电流表示数为 0，小灯泡不亮时，只能 d 断路，使灯泡无电流流过，电流表相当于导线，电压表从滑动变阻器上分得 2 V 电压，电流极小，电流表指示数为 0；若电压表示数为 0，电流表示数为 0.3 A，则只能是 h 断路；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则说明，滑动变阻器是限流接法，g 断路(3)描点，用平滑曲线连接各点3某实验小组在进行课外实验探究中，要描绘一个标有“3.8 V 1 W”的小灯泡的 RU 曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下器
20、材可供选择：A电压表 V(量程 5 V，内阻约为 5 k)B直流电源 E(电动势 4.5 V，内阻不计)C电流表 A1(量程 300 mA，内阻约为 1)D电流表 A2(量程 800 mA，内阻约为 0.4)E滑动变阻器 R1(阻值 020 )(1)实验中为了比较准确地测量且方便调节，电流表应选用_(选填“A1”或“A2”)；A1(2)实验中要求小灯泡电压从零开始逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小请你为该实验小组设计电路图，画在下面虚线方框中；(3)根据实验数据，该实验小组计算并描绘出了RU 的图像，与理想情况略有偏差，如上图甲所示由图像可知，当所加电压为 2.00 V 时，灯泡实际消耗的电
21、功率为_W(小数点后保留两位数字)；(4)小灯泡的 IU 图像如上图乙所示则流过小灯泡的电流 I 随电压 U 变化的图线是_(请选填或)0.44【解析】(1)因为小灯泡的额定电流为 IPU13.8 A0.263 A263 mA，所以电流表选 A1(2)因为RVR RRA，所以采用电流表外接法，小灯泡两端的电压需要从零开始，所以滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示(3)从图像中可知，当电压为 2 V 时，电阻 R9.5，根据公式 PU2R 可得 P0.42 W(4)由甲图可知随电压的增大灯泡的电阻增大，故UI 增大，故 IU 图象上的点与原点连线的斜率随电压的增大而减小，则流过小灯泡的电流 I
22、随电压 U 变化的图线是.4在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用电流表内阻约为几欧，电压表内阻约为十几千欧实验中得到了多组数据，通过描点连线在 IU 坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率 P 与 U2和 P 与 I2 的关系，下列示意图中合理的是_(3)将被测小灯泡、定值电阻 R 和电源串联成如图丙所示的电路电源电动势为 6.0 V,内阻为1.0 .若电路中的电流为 0.40 A，则定值电阻 R所消耗的电功率为_W.D0.64【解析】(1)滑动变阻器用分压接法，电流表外接(
23、电路图、实物图略)(2)PU2R，PU2 图中各点与 0 点连线的斜率 k PU21R，R，k，A、B 都错PI2R，图中各点与 O 点连线的斜率 kPI2R，R，k，C 错，D 对(3)观察甲图知当 I0.40 A 时，小灯泡两端电压 U4 V，由闭合电路的欧姆定律得：EI(Rr)U，解得 R4，所以定值电阻 R 所消耗的电功率 PI2R0.64 W.5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，采用如图 1 所示电路(1)请根据图 1 在图 2 中进行实物连线(2)某同学在实验中得到下面一组 U 和 I 的数据：序号123456789U/V 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 1.
24、00 1.50 2.00 3.00I/A0.05 0.08 0.10 0.11 0.12 0.16 0.19 0.22 0.27图 3 是该同学根据实验数据描绘出的伏安特性曲线从图线上可以看出，当通过小灯泡的电流逐渐增大时，灯丝的阻值逐渐_；这表明灯丝的电阻率随温度升高而_(以上两空均选填“增大”、“不变”或“减小”)增大增大图3(3)将本实验中的小灯泡两端加 3.0 V 的电压，则小灯泡的实际功率约为_W；若直接接在电动势为 3.0 V、内阻为 2.0 的直流电 源 两 端，则 小 灯 泡 的 实 际 功 率 约 为_W(以上两空的结果均保留 2 位有效数字)0.81(0.800.82均对)
25、0.62(0.600.64均对)【解析】(1)(2)从图线上可以看出，当通过小灯泡的电流逐渐增大时，图线上点的纵坐标与横坐标比值逐渐增大，灯丝的阻值逐渐增大；(3)小灯泡两端加3.0 V 的电压，小灯泡中电流为 0.27 A，则小灯泡的实际功率约为 PUI3.00.27 W0.81 W；在图 3 中画出电源的伏安特性曲线，二线交点的纵坐标和横坐标值的乘积等于小灯泡的实际功率约为 0.62 W.6某同学想描绘两个非线性电阻的伏安特性曲线，实验电路图如图甲所示(1)在图乙中以笔划线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整(2)该同学利用图甲的原理图分别作出了这两个非线性电阻的伏安特性曲线，如图
26、所示由图可知，这两个元件的阻值随电压的增大而_(选填“增大”或“减小”)(3)现先将这两个电阻并联，然后接在电动势 E9.0 V、内电阻 r02.0 的电源上请在图丙中作出并联电阻部分的 I 并U 并图线；根据图线可以求出电阻 R1 消耗的功率 P1_，电阻 R2 消耗的功率 P2_增大2.32.8 W4.55.5 W【解析】(1)电路如图；(2)由图线可知，这两个元件的阻值随电压的增大而增大；(3)图线如图；由图线可知，电源 IU 图象与两电阻并联的 IU 图象交点坐标值为：U 并2.3 V，由图象可知，电阻 R1 两端电压为 2.3 V 时通过电阻的电流为 1.2 A，电阻 R1 消耗的功
27、率为 P2U并 I2.31.2 W2.76 W；电阻 R2 两端电压为 2.3 V 时通过电阻的电流为 2.2 A，电阻 R2 消耗的功率为P2U 并I2.32.2 W5.06 W.7某学习小组探究电学元件的伏安特性曲线(1)甲同学要描绘一个标有“3.6 V 1.2 W”的小灯泡的伏安特性曲线，除了导线和开关外，还有以下可供选择的器材：电压表 V(量程 5 V，内阻约为 5 k)电流电源 E(电动势 4.5 V，内阻不计)电流表 A1(量程 350 mA，内阻约为 1)电流表 A2(量程 150 mA，内阻约为 2)滑动变阻器 R1(阻值 0200 )滑动变阻器 R2(阻值 010 )实验中电
28、流表应选_，滑动变阻器应选_(填写器材代号)；在方框中画出完整的实验电路图，并标明器材代号A1R2(2)乙图学利用甲同学的电路分别描绘了三个电学元件的伏安特性曲线，如图甲所示然后他用如图乙所示的电路分别给三个元件供电，并测出给元件 1 和元件 2 供电时的电流和电压值，分别标在图甲上(A 点和 B 点)已知 R09.0 ，该电源的电动势 E_V，内电阻 r_.用图乙的电路单独给元件 3 供电时，元件 3 的电功率 P_W.3.01.00.2【解析】(1)“3.6 V 1.2 W”的小灯泡的额定电流 I0.33 A，所以应选择电流表 A1；因为描绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始变化，所以应选用分压电路，为了调节方便，滑动变阻器应选择阻值小的，即选择滑动变阻器 R2；考虑到灯泡的电阻较小，应选择电流表外接法(2)依题意有 E1.5 V0.15 A(9.0 r)，E2.2 V0.08 A(9.0 r)，解得：E3.0 V，r1.0.连接 AB 作一直线与元件 3的伏安特性曲线的交点为(1.0 V，0.2 A)，所以用图乙的电路单独给元件 3 供电时，元件 3 的电功率 P0.2 W.