1、实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线 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IU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.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，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。2.测量时读数带来误差。3.在坐标纸上描点、作图带来误差。热点一 实验原理的理解和电路的连接【例1
2、】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这个电珠的IU图线，现有下列器材供选用：A.电压表(05 V，内阻10 k)B.电压表(015 V，内阻20 k)C.电流表(03 A，内阻0.4)D.电流表(00.6 A，内阻1.0)E.滑动变阻器(10，2 A)F.滑动变阻器(500，1 A)G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_ _。图1(2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示)(3)把图2中所示的实验器材按图1用笔画线代替导线连接成实物电路图。图2 解析(1
3、)由于测量数据要从零开始，故采用题图甲所示的分压式电路，且能方便地多测几组数据。(2)因小电珠额定电压为 4 V，则电压表选量程为 05 V 的电压表。小灯泡的额定电流为 IPU24 A0.5 A，则电流表选 D。滑动变阻器应选最大阻值较小的 E，这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化，从而减小读数误差。(3)按图1连接实物电路，如图所示。答案(1)描绘电珠的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E(3)见解析图【变式训练】1.(2016江西上饶中学一模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除标有“6 V、1.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A.
4、直流电源6 V(内阻不计)B.直流电流表03 A(内阻0.1 以下)C.直流电流表0300 mA(内阻约为5)D.直流电压表015 V(内阻约为15 k)E.滑动变阻器“10 2 A”F.滑动变阻器“1 k 0.5 A”实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次。图3(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(均用序号表示)(2)试按要求在虚线方框3甲中画出电路图。(3)根据电路图将图乙中所示器材连成实验电路。解析(1)小灯泡的额定电流为0.25 A，估算其电阻为24，故为精确测量，电流表选C；为方便调节，滑动变阻器选E。(2)小灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，滑动变阻器电阻相对
5、灯泡较小，小灯泡两端的电压又要从零开始调节，故滑动变阻器选用分压式接法。(3)实物图连接可以根据分压式接法先把滑动变阻器下面两个接线柱直接连在电源和开关两端，再考虑小灯泡和电流表串联的一端接在滑动变阻器的上接线柱上，另一端接在开关离电源远的那个接线柱上，最后连接电压表。(要注意电流进出电表必须正进负出)答案(1)C E(2)如图所示(3)如图所示 热点二 实验数据处理与分析【例2】2015福建理综，19(2)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图4甲所示，现已完成部分导线的连接。实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代
6、替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；图4 某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为_A；该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将_只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为_W(保留两位小数)。解析 实物接线图见答案；由图知电流表量程为 0.6 A，所以读数为 0.44 A；电源内阻为 1，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即小电珠的总功率最大，此时外电路电压等于内电压等于 1.5 V，由图丙知当小电珠电压等于 1.5 V时电流约为 0.38 A，此时电阻约为 RUI
7、3.95 4，并联后的总电阻为 1，所以需要 4 个小电珠并联，小电珠消耗的总功率约为 PU2R外1.521W2.25 W。答案 连线如图 0.44 4 2.25【变式训练】2.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，用实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有：A.小灯泡(2.5 V，1.2 W)B.电流表(量程00.6 A，内阻r1)C.电压表(量程03 V，内阻未知)D.滑动变阻器R2(05，额定电流1 A)E.电源(E3 V，内阻不计)F.定值电阻R0(阻值6)G.开关一个和导线若干(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量减小系统误差，在虚线框内画
8、出完整的实验电路图。图5(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：I是电流表的示数，U是电压表的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格，然后在如图5坐标纸中画出小灯泡的伏安特性曲线。I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48 U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00 U灯/V 解析(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化，故采用滑动变阻器的分压式接法；本题电流表的内阻已知为1，其内压降可算出，为了尽量减小系统误差，故采用电流表内接法。实验电
9、路如图甲所示。甲(2)小灯泡两端的电压等于电压表的读数减去电流表两端的电压。因为电流表内阻为1，故电流表两端的电压值与电流表的读数相等。I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48 U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00 U灯/V 0.03 0.05 0.10 0.20 0.35 0.60 0.95 1.45 2.05 2.52 小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。乙 答案 见解析 热点三 实验的拓展与创新 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材
10、而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点。1.以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系。2.实验对象的变迁 3.数据处理方式的改进 采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理。【例3】2015广东理综，34(2)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 k)、电流表(内阻约为1)、定值电阻等。图6 使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“1”欧姆挡测量，示数 如 图 6(a)所 示，读 数 为 _。据 此 应 选 择 图 6 中 的_(填“b”或“c”)电路进行实验。连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_
11、(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。图7 图7(a)是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件_(填“X”或“Y”)是非线性元件。该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图7(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图7(a)可算得E_V，r_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。解析 欧姆表的读数R示数倍率，得R10；根据实验电路产生误差的原因知应选用电流表外接，故选择“b”电路进行实验。滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R左增大，待测
12、电阻两端的电压增大，所以电流表的示数增大。根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且RX10。由闭合电路欧姆定律：S1、S2 均闭合，有 U1ERXrRXS1 闭合，S2 断开，有 U2ERXRrRX解以上两式得 r0.50，E3.2 V答案 10 b 增大 Y 3.2 0.50【变式训练】3.2013年12月14日晚上9点14分左右嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板。这是中国航天器第一次在地外天体成功软着陆，中国成为继美国、前苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。太阳能电池在有光照时，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
13、组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的IU特性。所用的器材包括：太阳能电池，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，应选用图8中的哪个电路图：_(填“甲”或“乙”)。图8(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图9所示的IU图象。由图可知，当电压小于2.0 V时，太阳能电池的电阻_(填“很大”或“很小”)；当电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为_。(保留两位有效数字)图9 答案(1)甲(2)很大 1.01031.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源，额定
14、电压为2.5 V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线，要求能测出尽可能多的数据，图10甲所示是没有连接完的实物电路。(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根)图10(1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整。(2)连好电路，闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2 V，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向_(填“左”或“右”)端滑动。(3)通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表示数，并绘制成了如图乙所示的UI图线，根据UI图线提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率为_W。(4)小灯泡的UI图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_。解析(1
15、)小灯泡的电阻很小，因此采用电流表外接法；实验时，要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压，滑动变阻器应采用分压式接法。实物电路如答案图所示。(2)将滑片P向右端滑动，可以增大灯泡两端的电压。(3)根据UI图象可知，U2.5 V时，I0.2 A，所以小灯泡的额定功率为PUI0.5 W。(4)UI图线上各点与原点连线的斜率表示灯丝的电阻，图线是曲线而不是过原点的直线，这是因为灯丝的电阻会随温度的升高而增大。答案(1)如图所示(2)右(3)0.5(4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大 2.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中。(1)某同学通过实验得到了8组数据，且已经描在了图11所示的IU坐标系中
16、，请在图11中画出小灯泡的伏安特性曲线。(2)请在图12中选出该实验正确的实验电路图：_(选填“甲”或“乙”)。图11 图12(3)根据所选电路图，请在图13中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路。图13(4)由伏安特性曲线知，该小灯泡的电阻随电压的升高而_(选填“增大”、“减小”或“不变”)。(5)根 据 伏 安 特 性 曲 线，可 判 断 出 图 中 正 确 的 关 系 图 象 是_(图中P为小灯泡的功率，I为通过小灯泡的电流)。解析(1)如图a所示。(2)观察小灯泡的IU图象，可以看出实验是从电压为零时开始描点，说明电压从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，因此甲图所示电路正确。(3)电路实物连接图如图b所示。(4)由小灯泡的伏安特性曲线可知，IU随电压增大逐渐减小，而 IU1R，则小灯泡电阻变大。(5)根据电功率表达式 PI2R 可知，图象 PI2 的斜率即为小灯泡的电阻，由于电阻随功率增大而增大，因此选项 D 正确。答案(1)图见解析(2)甲(3)图见解析(4)增大(5)D
