(全国通用)高考物理 一轮复习 第八章 恒定电流 第4讲 实验八 描绘小灯泡的伏安特性曲线

3．电流表和电压表
量程
精确度
读数规则
电流表 0～3 A 电压表 0～3 V
0.1 A 0.1 V
与刻度尺一样，采用110估读，读数规则 较简单，只需在精确值后加一估读数即
可
电流表 0～0.6 A 0.02 A 估读位与最小刻度在同一位，采用12估读
电压表 0～15 V 0.5 V 估读位与最小刻度在同一位，采用15估读
测定铅笔芯电阻
见解析图
A．待测笔芯
B．电流表(0～0.6 A,0～3 A，内阻分别约 1 Ω，0.5 Ω)
C．电压表(0～3 V,0～15 V，内阻分别约 6 kΩ，30 kΩ)
D．滑动变阻器(0～10 Ω)
E．电源(3 V)
F．开关、导线若干
请根据实验要求在图甲中用笔画线代替导线(只配有两根导线)
【变式训练】 测量铅笔芯的电阻率，取一支 4B 铅笔，去掉 两端笔芯外木质部分，不损伤笔芯，如图甲所示安放在接线支座上．
(1)用刻度尺量得笔芯长度 L＝20.0 cm，螺旋测微器测量笔芯的
直径如图乙所示，则笔芯的直径为 d＝_1_._2_0_0___ mm.
(2)若待测电阻约为几欧姆，乙同学采用实验室提供的下列器材
实验基础·理解落实
●注意事项 1．游标卡尺的读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K 表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标格数，则记录 结果表达为(x＋K×精确度) mm. 2．螺旋测微器的读数：方法：固定刻度数mm＋可动刻度数 (估读一位)×0.01 mm. 3．先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝 连入电路之前测量． 4．电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用 电流表外接法． 5．电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属 丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．

在尽量提高测量精度的情况下，请回答下列问题： (1)根据以上器材， 用笔画线代替导线将图甲中的实物图连接成完整电 路。 答案 (1)见解析图
A (2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到 ________( 填“A”或“B”)端。
(3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在如图乙所示的坐 标纸上画出小灯泡的 U－I 图线。
答案
(3)见解析图
(4) 根 据 图 线 可 估 得 小 灯 泡 在 常 温 下 的 电 阻 约 为
大于 填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值 Rx2________( 小于 Rx1______( 填
“大于”“等于”或“小于”)真实值。
解析
因为 Rx≈200 Ω，而 RV≈2 kΩ，RA≈10 Ω，有 Rx> RARV，所
以选用电流表内接法误差较小，即 Rx1 更接近于真实值。根据“大内小外” 可知 Rx1 大于真实值，Rx2 小于真实值。
5．保持小灯泡电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值时，记录 I 后马 上断开开关。 6．误差较大的点要舍去，U－I 图象应是平滑曲线而非折线。
微知识 6 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。 2．测量时读数带来误差。 3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
一、思维辨析(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。) 1．灯泡的电阻较小，用伏安法测电阻时应采用电流表外接法。(√ ) 2．为了多测几组数据，滑动变阻器应用分压式接法。(√ ) 3．用电流表外接法测电阻时，由于电压表的分流作用，致使电阻测量值 偏大。(×)
2．测出小灯泡在不同电压下的电流 移动滑动变阻器触头位置，测出 12 组左右不同的电压值 U 和电流值 I， 并将测量数据填入表格。 3．画出伏安特性曲线 (1)在坐标纸上以 I 为纵轴，以 U 为横轴，建立坐标系。 (2)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)

创新解读 (1)电路中增加 R2 和 S2，作用
实验器材 的创新
是实验前使电容器所带的电 荷中和 (2)实物连线图随之发生变化
创新角度
实验装置图
创新解读 (1)分析电阻丝的电阻 Rx 随风
实验过程 的创新
速 v(用风速计测)的变化关系 (2)设计电路，通过电压表的示 数来显示风速
【典题例析】 在有光照时太阳能电池可以将光能转化为电能，在没 有光照时，太阳能电池可以视为一个电学器件．某实验小组 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 I－U 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．
分压式电路，且能方便地多测几组数据． (2)因小灯泡额定电压为 4 V，则电压表选量程为 0～5 V 的电 P 2 压表 A.小灯泡的额定电流为 I＝U＝ A＝0.5 A， 则电流表选 4 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)用另一电源 E0(电动势 4 V，内阻 1.00 Ω)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)
[解析]
七、注意事项 1．电路的调节 闭合开关 S 前，滑动变阻器的滑片应移到使小灯泡分得电压 为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同 时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏 小灯泡．
2．图象的画法 (1)建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴 选取的标度要合理． (2)I－U 图线在 U＝1.0 V 左右时将发生明显弯曲，故在 U＝ 1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差． (3)误差较大的点要舍去，I－U 图线应是平滑曲线而非折线． 3．实验操作 当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录 I 后马上断开开关．

第62讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线[方法点拨](1)本实验要求电压必须从0开始变化，所以滑动变阻器要用分压式接法．(2)仪器选择要首先保证安全，其次是保证精确，再次是操作简便，若选不到理想的仪器，其中几个相比较，选较好的．1．(2017·北京海淀区模拟)某研究性学习小组的同学们设计了描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验，待测小灯泡的额定电压为3.8V．要求测量结果尽量精确，并绘制出小灯泡两端电压在0～3.8V范围内完整的伏安特性曲线．(1)若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求，则在如图1所示的两种实验方案中，应选择____图所示电路进行实验．(选填“甲”或“乙”)图1(2)若实验中只提供了量程为3V，内阻为3000Ω的电压表V1，为了绘制完整的伏安特性曲线，需要将电压表V1改装成量程为4V的电压表V2，则应将电压表V1________(选填“串联”或“并联”)一个阻值为________Ω的定值电阻，才能实现改装的要求．(3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示，根据这个曲线，同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系，或与通过其电流的关系，猜想出了如图所示的关系图像，其中可能正确的是______．(选填选项下面的字母序号)图2(4)某同学将该小灯泡接在一个电动势为3.0V、内阻为5.0Ω的电源上，组成一个闭合电路，则此时该小灯泡的实际功率约为______W．(保留2位有效数字) 2．(2018·四川成都模拟)某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的器材如下：待测小灯泡(2.5V,1.25W)电源(电动势3V，内阻不计)电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω；0～3A，内阻约0.025Ω)电压表(0～3V，内阻约3kΩ；0～15V，内阻约15kΩ)单刀单掷开关及导线若干(1)为了减小误差，在本实验中电流表应选用0～____A量程；电压表应选用0～________V量程．(2)如图3是本实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，为了满足实验要求并尽可能减小误差，请补充完成实物图间的连线．图33．(2017·安徽省十校联考)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图4所示的实验电路，已知小灯泡的规格为“12V,5W”．图4(1)闭合开关前，应将电路图中的滑动变阻器的滑片移到________(填“a”或“b”)端．根据连接好的实物图，调节滑动变阻器，记录多组电压表和电流表的读数，作出的I－U图线如图5甲中实线所示，由图线分析可知，小灯泡的电阻随温度的升高而________(填“增大”或“减小”)．若某次电流表的示数如图乙所示，则此时小灯泡的功率为________W(保留两位有效数字)．图5(2)若I－U图像中的虚线Ⅰ或Ⅱ表示小灯泡真实的伏安特性曲线，与实验中得到的实线相比，虚线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)才是其真实的伏安特性曲线．4．某物理学习小组拟用下列器材研究小灯泡L两端的电压与通过它的电流的关系曲线．A．小灯泡L(4.0V,0.7A)B．电流表A(0～0.6A，内阻为0.2Ω)C．电压表V(0～3V，内阻为9kΩ)D．标准电阻R1＝1ΩE．标准电阻R2＝3kΩF．滑动变阻器R(0～10Ω)G．学生电源(电动势E＝6V，内阻不计)H．开关一个，导线若干(1)为了准确描绘出小灯泡L较完整的U－I曲线，请在图6甲虚线框内画出实验电路图．图6(2)该学习小组同学正确进行实验操作，并处理实验数据后，描点作图得到了如图乙所示的小灯泡L的U－I图线．某次实验中得到的电压表示数如图丙所示，电压表示数为________V，此时小灯泡的电阻约为________Ω(保留两位有效数字)．由小灯泡L的U－I图线可知小灯泡L的电阻随电流I的增大而________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)若将此小灯泡L与定值电阻R0＝4Ω串联后接在电动势为4.0V、内阻为1.0Ω的蓄电池组两端，则小灯泡的实际功率约为________W(保留两位有效数字)．答案精析1．(1)甲(2)串联1000(3)AB(4)0.36～0.42解析(1)由于小灯泡两端的电压需要从0开始测量，故滑动变阻器需要采用分压式接法，则题图甲电路是正确的；(2)原电压表的量程为3V，改装后的电压表的量程为4V，故1V的电压差需要用一个电阻串联分压获得，该电阻的阻值为1000Ω；(3)根据P＝U2R可知，U2＝RP，即在U2－P图像中，斜率为R，因为随着电压的增大，灯泡的电阻是增大的，故U2－P图像的斜率也是增大的，故选项A正确，C错误；根据P＝I2R可知，I2＝1R·P，即在I2－P图像中，其斜率为1R，当电阻增大时，其倒数减小，故I2－P图像的斜率在变小，故选项B正确，D错误；(4)在同一坐标系中，作出电源的I－U图线，其与灯泡的伏安特性曲线的交点即为灯泡两端的电压和电流，故小灯泡的实际电功率为P＝2.0×0.19W＝0.38W.2．(1)0.63(2)如图所示解析(1)根据小灯泡规格“2.5V,1.25W”可知，小灯泡的额定电压U＝2.5V，额定电流I＝P U＝1.252.5A＝0.5A，因此电流表应选“0～0.6A”量程，电压表应选“0～3V”量程；(2)因为实验要求小灯泡两端电压及通过小灯泡的电流从0开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；小灯泡阻值较小，电流表应采用外接法，如图所示．3．(1)a增大 2.4(2)Ⅱ解析(1)开始时应使测量电路两端的电压为零，故开关闭合前应将滑动变阻器滑片移到a端；由题图甲可知图像的斜率越来越小，则说明电阻越来越大，小灯泡的电阻随温度的升高而增大；由电流表示数可知，电流大小为0.40A，则由题图I－U图像可知，电压为6.0V，故灯泡功率P＝UI＝6×0.4W＝2.4W；(2)由于电流表采用外接法，电压表分流使电流表示数偏大，而电压表示数是准确的，故Ⅱ为真实的图像．4．(1)见解析图(2)2.70 5.3(5.2也可)增大(3)0.79(0.75～0.83均可)解析(1)要准确描绘小灯泡的U－I曲线，小灯泡两端电压要从0开始调节，所以滑动变阻器采用分压接法；又因小灯泡的额定电压为4.0V，额定电流为0.7A，而电压表量程为3.0V，电流表量程为0.6A，所以要描绘完整曲线，必须把电压表、电流表的量程扩大，由串并联规律知，可将电压表与标准电阻R2＝3kΩ串联改装为量程为4V的电压表，将电流表与标准电阻R1＝1Ω并联改装成量程为0.72A的电流表；因改装后的电压表内阻远大于小灯泡电阻，所以电流表采用外接法，实验电路如图a. (2)由题图丙电压表指针位置可知此时电压表示数为2.70V，则改装电压表两端的电压，即小灯泡两端的电压为U＝3.60V，由题图乙知此时通过小灯泡的电流约为0.68A，由R＝UI得此时小灯泡L的电阻约为5.3Ω.(3)令小灯泡两端电压为U，通过的电流为I，由闭合电路欧姆定律知E0＝U＋I(R0＋r0)，即U＝4－5I，在题图乙坐标系中作图线，如图b所示，此时两条图线的交点坐标为(0.45A,1.75V)，所以小灯泡此时的实际功率为P＝1.75×0.45W≈0.79W.。