1、实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线 教材回扣夯实基础注意事项1电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法2滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出 UI 图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法3保护元件安全：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 a 端加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压误差分析1电表内阻对电路的影响会带来误差2电流表、电压表的读数带来误差3在坐标纸上描点、作图带来误差透析考点多维突破考点一 教材原型实验考向 仪器选择和电路设计1 有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘
2、这个电珠的 IU 图线有下列器材供选用：A电压表(05 V，内阻 10 k)B电压表(010 V，内阻 20 k)C电流表(00.3 A，内阻 1)D电流表(00.6 A，内阻 0.4)E滑动变阻器(5，1 A)F滑动变阻器(500，0.2 A)(1)实 验 中 电 压 表 应 选 用 _，电 流 表 应 选 用_(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图ADE解析：(1)因小电珠的额定电压为4 V，为保证安全，选用的电压表量
3、程应稍大于4 V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故选用05 V的电压表，故选A；由PUI得，小电珠的额定电流I PU 0.5 A，故应选择00.6 A量程的电流表，故选D.(2)由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E.(3)小电珠内阻R U2P 8，电压表内阻远大于小电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示考向 数据处理及实验结果的应用1画图象根据测出的电流、电压值描点，要用平滑曲线将各点拟合起来，不要画成折线2分析图象(1)UI 图象：图象的斜率越大表示电阻越大(2)IU 图象：图象
4、的斜率越大表示电阻越小3应用图象(1)在伏安特性曲线上找到符合电路的实际电压和电流，可计算电阻或功率(2)当把被测的小灯泡与电源连接时，要综合应用小灯泡和电源的两个 UI 图象，利用两个图象的交点求解2 2017全国卷，23某同学研究小灯泡的伏安特性所使用的器材有：小灯泡 L(额定电压 3.8 V，额定电流 0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 k)；电流表(量程 0.5 A，内阻 0.5)；固定电阻 R0(阻值 1 000)；滑动变阻器 R(阻值 09.0)；电源E(电动势 5 V，内阻不计)；开关 S；导线若干(1)实验要求能够实现在 03.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量
5、，画出实验电路原理图(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示图(a)图(b)由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率_(填“增大”“不变”或“减小”)增大增大(3)用另一电源 E0(电动势 4 V，内阻 1.00)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器 R 的阻值，可以改变小灯泡的实际功率闭合开关 S，在 R 的变化范围内，小灯泡的最小功率为_W，最大功率为_W(结果均保留 2 位小数)0.391.17解析：(1)小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路
6、电路图如图下所示(2)IU图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大根据电阻定律RLS，得灯丝的电阻率增大(3)当R0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示此时小灯泡功率有最大值当R9时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示此时小灯泡功率有最小值取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U13.66 V，I10.319 A，小灯泡的最大功率P1U1I11.17 W.取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U21.77 V，I20.222 A，小灯泡的最小功率P2U2I20.39 W.练 1 某同学想通过以下实验测量一小灯泡的额定功率，他所用器材如下
7、：A待测小灯泡一只：额定电压为 2.5 V，电阻约为几欧B电压表一只：量程为 3 V，内阻约为 3 kC电流表一只：量程为 0.6 A，内阻约为 0.1 D滑动变阻器一只，干电池两节，开关一个，导线若干(1)请在甲图中补全测量小灯泡额定功率的电路图(2)图甲中开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于_(选填“A端”“B端”或“AB正中间”)(3)该同学通过实验作出了小灯泡的伏安特性曲线，如图乙所示，则小灯泡的额定功率为_W(结果保留两位有效数字)(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表，该同学测出小灯泡的功率_(选填“大于”“等于”或“小于”)小灯泡的实际消耗功率，引起误差的原因是_B端
8、 1.1大于电压表分流，电流表测得的电流大于灯泡的电流解析：(1)灯泡的电阻约为几欧，远小于电压表的内阻，属于小电阻，电流表采用外接法，电路图如图所示(2)图甲中开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应置于B端，使得闭合开关后，测量电路部分处于短路状态，电压表、电流表示数为0，起保护作用(3)当U2.5 V时，电流I0.44 A，所以额定功率为PUI2.50.44 W1.1 W.(4)由于实验中使用的电流表与电压表不是理想的电表，则两表自身也要消耗功率，所以该同学测出小灯泡的功率大于灯泡的实际消耗功率；由于电流表采用外接法，电压表有分流作用，使电流表测得电流大于灯泡实际流过的电流考点二 实验的拓展与
9、创新3 2019全国卷，23某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压 U 与温度 t的关系，图中 和为理想电压表；R 为滑动变阻器，R0 为定值电阻(阻值 100)；S 为开关，E 为电源实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度 t 由温度计(图中未画出)测出图(b)是该小组在恒定电流为50.0 A 时得到的某硅二极管 U-t 关系曲线回答下列问题：(1)实验中，为保证流过二极管的电流为 50.0 A，应调节滑动变阻器 R，使电压表 的示数为 U1_mV；根据图(b)可知，当控温炉内的温度 t 升高时，硅二极管正向电阻_(填“变大”或“变小”)，电压表 示数_(填“
10、增大”或“减小”)，此时应将 R 的滑片向_(填“A”或“B”)端移动，以使 示数仍为 U1.5.00变小增大B(2)由图(b)可以看出 U 与 t 成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为Ut _103V/(保留 2 位有效数字)2.8解析：(1)实验中I50.0A，R0100，所以U1IR05.00mV，因为图(b)是在恒定电流条件下得到的图象，斜率为负值，所以随温度的升高，硅二极管正向电压变小，由R硅UI，可知硅二极管正向电阻变小，则回路中电流变大，且R0为定值电阻，的示数增大为了确保回路中电流恒定，应使滑动变阻器的阻值变大，故滑片应向B端滑动(2)图(b)中图线
11、纵轴截距为0.44 V，所以Ut 0.440.308030V/2.8103V/.4 2019浙江卷，18小明想测定额定电压为 2.5 V 的小灯泡在不同电压下的电功率，设计了如图 1 所示的电路(1)在实验过程中，调节滑片 P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是_的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格中请填写图中的数字，如“7点至 8 点”)；1点至4点(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片 P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图 2 所示，则电流为_A，此时小灯泡的功率为_W；(3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为 1.00 V时通过小灯
12、泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是_A0.08 A B0.12 AC0.20 A0.30 0.75 C解析：(1)根据题意可知，1点至4点的导线没有连接好，使得滑动变阻器的分压接法变为限流接法(2)根据读数规则，电流表的读数为0.30 A，此时小灯泡的功率PUI0.75 W(3)电压较小时，灯丝温度不高，故阻值比电压较大时的阻值要小，根据IUR可知，C可能正确练 2 2019湖南怀化二模某一小型电风扇额定电压为 5.0 V，额定功率为 2.5 W，某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的 U-I 曲线实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：A电源 E(电动势为 6.0 V
13、)；B电压表 V(量程为 06 V，内阻约为 8 k)；C电流表 A1(量程为 00.6 A，内阻约为 0.2)；D电流表 A2(量程 03 A，内阻约为 0.05)；E滑动变阻器 R1(最大阻值 10，额定电流 100 mA)；F滑动变阻器 R2(最大阻值 25，额定电流 1 A)(1)为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选_，滑动变阻器应选_(填所选仪器前的字母序号)(2)请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在甲图中的虚线框内(小电风扇的电路符号如图甲所示)(3)操作过程中发现，小电风扇通电后受阻力作用，电压表读数小于0.5 V时，电风扇没有启动该小组测绘出的小电风扇
14、的U-I曲线如图乙所示，由此可以判定，小电风扇的电阻为_，正常工作时的发热功率为_W，机械功率为_W.CE2.50.6251.875解析：(1)电风扇的额定电流IPU2.55.0 A0.5 A，从减小读数误差的角度考虑，电流表选择C.电风扇的电阻比较小，则选择总电阻为10 的滑动变阻器误差较小，即选择E.(2)因为电压、电流需要从零开始测量，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻RU2P 5.022.5 10，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法，电路图如图所示(3)电压表读数小于0.5 V时，电风扇没有启动，结合题图乙并根据欧姆定律得R0.50.2 2.5，正常工作时电压为5.0
15、 V，根据图象知电流为0.5A，则电风扇正常工作时的发热功率为PI2R0.522.5 W0.625 W，则机械功率PUII2R2.5W0.625 W1.875 W.练 3 二极管是一种半导体元件，它的符号为“”，其特点是具有单向导电性，即电流从正极流入时电阻比较小，从负极流入时电阻比较大(1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线因二极管外壳所印的标识模糊，为判断该二极管的正、负极，他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反向电阻，其步骤是：将选择开关旋至合适倍率，进行欧姆调零，使黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右端时，指针偏角比较小，然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量，指针偏角比较
16、大，由此判断_端为二极管的正极(填“左”或“右”)右(2)由厂家提供的该晶体二极管的伏安特性曲线如图甲所示，为了验证厂家提供的数据，该小组对二极管加正向电压时的伏安特性曲线进行了描绘，可选用的器材有：A直流电源 E：电动势 3 V，内阻忽略不计B滑动变阻器 R：020 C电压表 V1：量程为 05 V、内阻约 50 kD电压表 V2：量程为 03 V、内阻约 20 kE电流表 A1：量程为 00.6 A、内阻约 0.5 F电流表 A2：量程为 050 mA、内阻约 5 G待测二极管 DH单刀单掷开关 S，导线若干为了提高测量结果的准确度，电压表应选用_，电流表应选用_(填器材前面的字母代号)DF(3)为了达到测量目的，请在图乙虚线框内画出正确的实验电路原理图解析：(1)根据多用电表的改装原理可知，黑表笔应与多用电表内部电池的正极相连，红表笔应与内部电池的负极相连，所以当黑表笔与二极管左端接触、红表笔与右端接触时，指针偏角较小，说明二极管的左端应是负极，右端应是正极(2)根据电源电动势为3 V，可知电压表应选择V2；根据图甲中最大正向电流为30 mA可知，电流表应选择A2.(3)根据图甲可知，通过二极管的电流应从零起调，所以变阻器应采用分压式接法，由于二极管的正向电阻较小，满足 RVRx RxRA2，所以电流表应用外接法，电路图如图所示答案：(1)右(2)D F(3)见解析图