高考物理一轮【实验探究】专题八：描绘小电珠的伏安特性曲线

------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线

实验目的

1．描绘小电珠的伏安特性曲线．

2．分析伏安特性曲线的变化规律．

实验原理

1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测得多组(U、I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来，分析小电珠的伏安特性．

2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大．

3．滑动变阻器的限流接法和分压接法．

(1)两种接法比较

方式

内容 限流接法 分压接法 对比说明

两种接法

电路图

串、并联

关系不同

负载R上电压调节范围 RER＋R0≤U≤E 0≤U≤E

电压能从零开始连续变化 分压接法调节范围大 ------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ 负载R上电流调节范围 ER＋R0≤I≤ER 0≤I≤ER 分压接法调节范围大

闭合S前

触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件

实验器材

小电珠、电压表与电流表、滑动变阻器、学生低压直流电源(或电池组)、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

注意事项

1．电路的连接方式：电流表应采用外接法，滑动变阻器应采用分压式连接．

2．闭合开关前，滑片应移到使小电珠的电压为0的一端．

3．在I－U图线弯曲处，绘点要密．

4．I－U图线上各点要用平滑曲线连接．

电路的设计和仪器的选择

(2013·山东济南外国语学校测试)有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的U－I图线，有下列器材供选用：

A．电压表(0～5 V，内阻10 KΩ )

B．电压表(0～10 V，内阻20 KΩ ) ------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ C．电流表(0～0.3 A ，内阻1 Ω)

D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)

E．滑动变阻器(5 Ω，10 A)

F．滑动变阻器(500 Ω，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，要求电压表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)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图7－4－1中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．

图7－4－1

【解析】 (1)因灯泡的额定电压为4 V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4 V，但不能大太多，量程太大则示数不准确；只能选用0～5 V的电压表，故选A；由P＝UI得，灯泡的额定电流I＝PU＝0.5 A；电流表应选择0～0.6 A的量程，故选D.

(2)由题意要求可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ 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)灯泡内阻R＝U2P＝8 Ω；RVR＝100008＝1250，RRA＝80.4＝20，说明电压表内阻远大于灯泡内阻，应采用电流表外接法；而由以上分析知，滑动变阻器应选择分压接法；电路图和实物连接图如图所示．

【答案】 (1)A D (2)E (3)见解析

电学实验仪器的选择

选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑三方面因素：

(1)安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流．

(2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的1/3以上；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位． ------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ (3)便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节．在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都用到．

电路的连接和实验数据的分析

(2013·安徽皖南八校联考)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图7－4－2甲所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：

甲

乙

图7－4－2

(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路．

(2)某同学排除故障后测绘出电源和小电珠的U—I特性图线，如图乙所示．电源的电动势E＝________V；小电珠的电阻随温度的上升而________． ------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ (3)将与上面相同的两个小电珠并联后接到上面电源上，每一只小电珠的实际电功率是________W.

【解析】 (1)不管样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，则可能是g导线断路．

(2)由电源的U－I特性图线可知电源的电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω；由小电珠的U－I特性图线可知小电珠的电阻随温度的升高而增大．

(3)当两个小电珠并联后，接到电源上，由闭合电路欧姆定律得，E＝U＋2Ir，电源的U－I特性图线为U＝E－2rI＝E－2I，在图乙中作出U＝E－2I图线，如图所示．图线与小电珠U－I图线的交点(0.95,1.1)，一只小电珠的实际电功率是P＝UI＝0.95×1.1 W＝1.05 W.

【答案】 (1)g (2)3.0 增大 (3)1.05

(1)电路采用“分压式”，电压可以从“零”开始变化；若导线“g”------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ 断路，“分压式”变为“限流式”，则电压不能从“零”开始变化．

(2)根据电源U－I图象和小电珠U－I图象的交点可计算小电珠的电功率．

A组 双基题组

1.为了探究小电珠L的伏安特性，连好如图7－4－3所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小电珠中的电流由零开始逐渐增大，直到小电珠正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是图中的

(

)

图7－4－3

------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------

【解析】 小电珠中的电流逐渐增大时其温度升高，导致电阻R增大，所以U－I图线的斜率增大，故C项正确．

【答案】 C

2. (多选)如图7－4－4所示为伏安法测电阻的一种常用电路，以下分析正确的是( )

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应处在最左端

图7－4－4

【解析】 由R测＝UI＝R真＋RA，故A正确，B错误；电流表Ⓐ内接法，要求R≫RA，故C错误；开始实验时滑动变阻器滑动头应------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ 在最左端，使电压表读数由小到大变化，故D正确．

【答案】 AD

3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6

V 1.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：

A．直流电源6 V(内阻不计)

B．直流电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下)

C．直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)

D．直流电压表0～10 V(内阻约为15 kΩ)

E. 滑动变阻器10 Ω，2 A

F．滑动变阻器1 kΩ，0.5 A

实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．

(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)在方框内画出实验电路图．

【解析】 灯泡额定电流为0.25 A，实验中电流表应选用直流电流表0～300 mA，由于灯泡电阻较小，采用电流表外接电路．题述要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量，故采用滑动变阻器分压接法，选用E方便操作．

【答案】 (1)C E

(2)如图 ------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------

B组 高考题组

4．(2013·天津高考)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(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)；

电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；

电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；

电键一个、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 Ω，额定电流1 A)

B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)

②实验的电路图应选用下列的图______(填字母代号)．

------精品文档!值得拥有！------

------珍贵文档!值得收藏！------ ③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图7－4－5所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.

图7－4－5

【解析】 ①为便于操作实验，滑动变阻器应选择总阻值小的滑动变阻器，故选A.②因为灯泡两端的电压由零逐渐增加到3 V，故滑动变阻器应采用分压接法．小灯泡的电阻

R＝U2P＝15 Ω，与电流表的内阻5 Ω相差不大，因此电流表采用外接法．故B图正确．

③在小灯泡的伏安特性曲线图上作出电源的伏安特性曲线(如图)，由两曲线的交点的电流I＝0.10 A，电压U＝1.0 V，得小灯泡消耗的功率P＝IU＝0.10×1.0 W＝0.1 W.