1、第31讲实验、探究：描绘小灯泡的伏安特性曲线考情 剖析(注：考纲要求及变化中代表了解和认识，代表理解和应用；命题难度中的A代表容易，B代表中等，C代表难)考查内容考纲要求及变化考查年份考查形式考查详情考试层级命题难度描绘小灯泡的伏安特性曲线(实验、探究)11实验考查(UR)图象及用电阻箱测电阻原理的掌握以及考查学生发现实验不足之处并灵活设计实验新方案重点B小结及预测1.小结：本讲的实验在近四年的高考中，仅在11年考查过，侧重考查UR图象及对电阻箱测电阻原理的掌握2预测：预测14年考查本实验的可能性较大3复习建议：会描绘小灯泡的伏安特曲线，学会分析伏安特性曲线的变化规律. 知识 整合一、实验目的
2、(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线(2)定性了解温度对金属电阻率的影响二、实验原理(1)用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在IU坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线(2)小灯泡(3.8 V0.3 A)的电阻较小，当它与电流表(00.6 A)串联时，电流表的分压影响很大，故为准确测出小灯泡的伏安特性曲线，即U、I的值，电流表应采用外接法，为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接三、实验器材小灯泡(3.8 V0.3 A)一只，电压表(03 V15 V)、电流表(00.6 A)各一只，滑
3、动变阻器(20 )一只，学生低压直流电源(或电池组)、电键一只、导线若干、坐标纸、铅笔四、实验步骤(1)连接电路： 将灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、电键用导线连接成如图所示电路注意： 电流表外接滑动变阻器接成分压式电流表采用0.6 A量程，电压表，先用3 V量程，当电压超过3 V时换用15 V量程(2)测出小灯泡在不同电压下的电流闭合电键S前，滑动变阻器触头应移到最左端，以使电键闭合时小灯泡电压能从0开始变化，同时，这样做也防止电键刚闭合时电灯两端电压过大而烧坏灯丝及电表移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流I，并将测量值数据填入表格U(V)0.40.81.01.
4、21.41.61.82.22.63.03.43.8I(A)说明： IU图线在U1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右测绘点要密，否则将出现很大误差(3)画出伏安特性曲线： 在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线(4)拆除电路、整理仪器五、实验方法1数据处理实验中，在调节滑动变阻器的滑片位置改变灯泡两端电压时，尽量使灯泡的电压变化有规律，然后再对应地读电流值在根据所取的电压、电流的最大值，选取适当的横纵坐标分度，描点画图，
5、这样可以使所取的点在坐标平面内分布的尽量大而且点分布疏密程度均匀一些2误差分析(1)系统误差： 未考虑电压表的分流作用，造成电流表的读数比灯泡中的真实电流偏大(2)偶然误差： 读数或作图不准确会产生偶然误差3注意事项(1)实验前应先检查电流表、电压表是否指零，不指零时要先转动定位螺丝使指针指零(2)为了保护元件不被损坏，连接电路时电键应断开，连好电路后，闭合电键前滑动变阻器的滑片应在图中的A端实验中，滑片向B端移动时要注意不要让加在灯泡两端的电压超过灯泡的额定电压(3)在电压接近灯泡额定电压值时，一定要慢慢移动触头位置当电压指在额定电压处时，测出I值后，要马上断开电键(4)在坐标纸上建立坐标系
6、，横纵坐标所取的分度比例要适当，尽量使测量数据对应的图线占满整个坐标纸要用平滑曲线连接各点，不能用折线一、对伏安特性曲线的认识1用IU曲线(或UI曲线)来描述导体或半导体的伏安特性时，要弄清楚特性曲线的物理意义，注意伏安特性曲线上每一个点所对应的一组U、I值为导体在该状态下的状态量，为该状态下导体的电阻，UI为该状态下导体的电功率2注意IU曲线和UI曲线的区别，当导体伏安特性为非线性关系时，在每个电压下欧姆定律依然适用，即R，只不过U、I改变，R的值也随之改变3对于标准电阻，其伏安特性曲线为过原点的直线二、实验中要注意的问题1实验前应先检查电压表、电流表是否指零，不指零时要调零2电流表应采用外
7、接法，滑动变阻器采用分压接法3闭合开关S前，滑动变阻器触头应移到使小灯泡的电压为0的一端，可以使开关闭合时小灯泡电压从0开始变化，同时也可防止开关刚闭合时小灯泡两端因电压过大而烧断灯丝4本实验中电流表量程选择0.6 A，若使用“2.5 V0.6 A”小灯泡，电压表用3 V量程，若使用“3.8 V0.3 A”小灯泡则用15 V量程5UI图线在U1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右绘点要密6保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加到额定值，记录I、U后马上断开开关7画IU图线时纵轴和横轴的标度要适中，使所描图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，用平滑曲线连接时，如果有个别偏离较远的点应该
8、舍弃三、误差分析1系统误差；在实验时未考虑电压表的分流作用，造成电流表读数比灯泡中的真实电流大2偶然误差：在电压表和电流表读数时会造成偏差，另外作图不准确也会造成偶然误差，所以要多测几组数据以减小偶然误差【典型例题】 某同学利用如图所示的电路，研究加在标有“3.8V0.3A”的小灯泡两端的电压和通过它的电流的关系，得到如下表所示的数据序号123456U/V00.1000.2000.400.601.00I/A00.0500.1000.1240.1400.160序号789101112U/V1.602.202.603.003.403.80I/A0.2000.2300.2580.2740.2900.3
9、10由这些数据： (1)描绘出小灯泡的UI曲线(2)比较U11.0V和U23.0V时小灯泡的电阻大小，并说明其原因(3)小灯泡两端的电压从零到额定电压变化时，小灯泡的最大电阻是多少？最大电功率是多少？(4)通过小灯泡的电流等于零时，这个小灯泡的电阻是多少？温馨提示此题考查学生根据已知数据，正确作出图线，以及由图线上的点求电阻的能力记录空间【变式训练】某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值(1)将电阻箱接入a、b之间，闭合开关，适当调节滑动变阻器R后保持其阻值不变改变电阻箱的阻值R，得到几组电压表的示数U与R的数据如表：电阻R/5.010.015.025.035.045.0电压U/V1.0
10、01.501.802.142.322.45请根据实验数据作出UR关系图象(2)用待测电阻Rx替换电阻箱，读得电压表示数为2.00V.利用(1)中测绘的UR图象可得Rx. 随堂 演练第1题图1为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的UI图象应是图中的() A B C D2如图所示为伏安法测电阻的一种常用电路，以下分析正确的是()第2题图 A此接法的测量值大于真实值 B此接法的测量值小于真实值 C此接法要求待测电阻值小于电流表内阻 D开始实验时滑动变阻器滑动头P应处在最
11、右端3在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室提供了如下器材： A小灯泡(3 V,1.5 W) B电压表(量程3 V，内阻20 k) C电压表(量程15 V，内阻50 k) D电流表(量程3 A，内阻0.2 ) E电流表(量程0.6 A，内阻1 ) F滑动变阻器(0100 ，0.5 A) G滑动变阻器(010，2 A) H学生电源(电动势4 V，内阻不计) Y开关及导线若干实验中要求小灯泡上的电压从零开始调节且在不超过小灯泡额定电压的情况下尽可能精确测量多组对应的UI值，则第3题图(1)上述器材中电压表应选择_；电流表应选择_；滑动变阻器应选择_(用器材前面的字母代号表示)(2)在下面
12、的方框中画出实验的电路图并在实物图中连线(注意：实物图中连线不允许交叉)4有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特曲线，器材如下：电压表V(05 V，内阻约10 k)电流表A(00.6 A，内阻约0.4 )滑动变阻器R(010 ，2 A)学生电源(直流6 V)、开关及导线(1)使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请在下面的方框中画出实验电路图第4题图(2)某同学通过实验得到的数据画出了该灯泡的伏安特性曲线，如图所示，若用电动势为4.0 V、内阻为8 的电源直接给该小灯泡供电，则该小灯泡的实际功率是_W(保留两位有效数字)(3)P为图中图线上的一
13、点，PN为图线上P点的切线、PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，下列说法中正确的是_ A随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 B随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小 C对应P点，小灯泡的电阻约为5.33 D对应P点，小灯泡的电阻约为24.0 5发光二极管在生产和生活中得到了广泛应用，图甲是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“”号的一端接高电势，带“”号的一端接低电势某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端电压U和通过它的电流I的数据如表所示：U/V00.400.801.201.602.002.402.80I/mA00.92.34.36.812.019.030.0(1)实验室提供的器材如
14、下： A电压表(量程03 V，内阻约10 k)甲 B电压表(量程015 V，内阻约25 k) C电流表(量程050 mA，内阻约50 ) D电流表(量程00.6 A，内阻约1 ) E滑动变阻器(阻值范围010 ，允许最大电流3 A) F电源(电动势6 V，内阻不计) G开关，导线该同学做实验时，电压表选用的是_，电流表选用的是_(填选项字母)(2)请在图乙中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整(3)根据表中数据，在图丙所示的坐标纸中画出该发光二极管的伏安特性曲线(4)若此发光二极管的最佳工作电流为10 mA，现将此发光二极管与电动势为3 V，内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻
15、值R_的电阻，才能使它工作在最佳状态(结果保留三位有效数字)乙丙第5题图第31讲实验、探究：描绘小灯泡的伏安特性曲线知识整合重点阐述【典型例题】 某同学利用如图所示的电路，研究加在标有“3.8V0.3A”的小灯泡两端的电压和通过它的电流的关系，得到如下表所示的数据序号123456U/V00.1000.2000.400.601.00I/A00.0500.1000.1240.1400.160序号789101112U/V1.602.202.603.003.403.80I/A0.2000.2300.2580.2740.2900.310由这些数据： (1)描绘出小灯泡的UI曲线(2)比较U11.0V和U
16、23.0V时小灯泡的电阻大小，并说明其原因(3)小灯泡两端的电压从零到额定电压变化时，小灯泡的最大电阻是多少？最大电功率是多少？(4)通过小灯泡的电流等于零时，这个小灯泡的电阻是多少？【答案】(1)见解析(2)随着温度升高，小灯泡灯丝的电阻率增大(3)12.31.178W(4)2【解析】 (1)小灯泡的UI图线如图所示(2)R16.25， R210.9， R1R2，原因是随着电压的增大，通过小灯泡的电流增大，同时小灯泡的发热功率增加，随着温度的升高，小灯泡灯丝的电阻率增大，则灯泡的电阻增大(3)由图象可知，电流、电压达到最大时，小灯泡的电阻最大，因此，小灯泡的最大电阻为：Rmax12.3此时的
17、电功率也最大：PmaxUI3.800.310W1.178W(4)由小灯泡的伏安特性曲线可知，当通过小灯泡的电流比较小时，可以看做是通过原点的一条直线，随着温度的增加，变成曲线，因此电流等于零时的电阻即为开始电流很小时的电阻R2.变式训练(1)见解析(2)20【解析】 (1)先以实验得到的每一组(R，U)数据描点，然后用平滑的曲线连接以上描点，得到UR图线如下：(2)对照UR图线，找到图线上U2.00 V点，读出其对应的Rx20 .(1921 也可以)随堂演练1.C【解析】 小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高，导致电阻R增大，所以UI图线的斜率增大，故C项正确2.A【解析】 由R测R真RA，故A
18、正确，B错误；电流表内接法，要求RRA，故C错误；开始实验时滑动变阻器滑动头应在最左端，使电压表读数由小到大变化，故D错误3.(1)BEG(2)电路图和实物连线图如图所示第3题图【解析】 (1)小灯泡额定电压为3 V，额定功率为1.5 W，即额定电流为0.5 A，所以电压表应选择B，电流表应选E.小灯泡正常工作时的电阻为6 ，为了便于调节，滑动变阻器选用G.(2)由于R.电流表应选用外接法实验中要求小灯炮上的电压从零开始调节且在不超过小灯泡额定电压的情况下尽可能精确测量多组对应的UI值，滑动变阻器选择分压接法4.(1)见解析(2)0.42(0.02)(3)A、C【解析】 (1)正常发光时，灯泡
19、的电阻R灯8 ，由于，故应采用电流表外接法，要求从零开始多取几组数据，必须采用滑动变阻器分压式连接，电路图如图所示第4题图(2)由EUIr可得：IU.将E4.0 V，r8 ，代入上式，在IU图线中作出IU图线，读出其与灯泡的伏安特性曲线交点的坐标，为(1.2 V，0.35 A)，故小灯泡的功率为PUI0.42 W.(3)随电压的增大，灯泡的电阻在增大，A正确，B错误；对应P点，小灯泡的阻值为R灯5.33 .C正确，D错误5.(1)AC(2)见解析图(3)见解析图(4)118(110120均可)【解析】 (1)由U、I表中数据可以看出，电压表示数最大为2.80 V，电流表示数最大为30 mA，故电压表选用A，电流表选用C.(2)因应采用电流表外接方式，由表中数据可知要使电压表示数从0开始调节，滑动变阻器应采用分压式连接方式，如图所示第5题图(3)伏安特性曲线如图所示(4)由UI图线可知，I10 mA时，二极管两端电压为1.82 V，故R118 .
