第4节实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实 验 八描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的 (1)描绘小灯泡的伏安特性曲线。(2)分析伏安特性曲线的变化规律。二、实验器材 小灯泡、电压表、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。 典例1(2013·江苏高考)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用PUI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 。(1)准备使用的实物电路如图实­8­1所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线) 图实­8&#

2、173;1 图实­8­2(2)现有10 、20 和50 的定值电阻，电路中的电阻R1应选_的定值电阻。(3)测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图实­8­2所示。请指出图像中不恰当的地方。由题引知·要点谨记1滑动变阻器的分压式与限流式的接法对应第(1)题(1)两种接法的适用情形限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。分压式接法适合测量阻值较大的电阻。(2)两种接法的选择若采用限流式接法不

3、能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。2.保护电阻的计算问题对应第(2)题,电阻R1接在供电电路中，对电路起到保护作用，当滑动变阻器阻值最大时，保护测量电路中用电器及电表不被烧坏。

4、,小灯泡与滑动变阻器的并联电阻值约为3.3 ，则12 V3 V，解得=9.94.描点作图时应注意的问题对应第(4)题(1)根据数据描出的点，若不是在一条直线上，则应用平滑的曲线进行连接，不能用直线或折线连接。(2)画出的图线分布范围尽量不要太靠近坐标轴一侧，通过修改两坐标的标度值即可。题组突破1(2012·安徽高考)图实­8­3为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。 (1)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_；闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，_；断开开关，根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线

5、。(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。图实­8­3 图实­8­4 图实­8­52某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小灯泡伏安特性曲线实验中：(1)在小灯泡接入电路前，使用多用电表直接测量小灯泡的电阻，则应将选择开关旋至_挡进行测量。(填选项前的字母)A直流电压10 VB直流电流5 mA C欧姆×100 D欧姆×1(2)该同学采用图实­8­4所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围020 ，额定电流1.0 A)，L为待测小灯泡， 为电压表(量程6 V，电阻20 k)， 为电流表

6、(量程0.6 A，内阻1 )，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关。 .在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最_端；(填“左”或“右”).在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是_点至_点的导线没有连接好；(图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图实­8­4中的数字).该同学描绘出小灯泡的伏安特性曲线示意图如图实­8­5所示，则小灯泡的电阻值随工作电压的增大而_。(填“不变”、“增大”或“减小”)考点二数据处理与误差分析典例2物理兴趣小组的同学

7、们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75 W，额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 ，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U V1.22 V。他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的U­I图线，进而分析灯泡的额定电压。 A电压表V(量程3 V，内阻约3 k)B电流表A1(量程150 mA，内阻约2 ) C电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 ) D滑动变阻器R1(020 ) E滑动变阻器R2(0100 ) F电源 E(电动势4.0

8、 V，内阻不计) G开关S和导线若干 H待测灯泡 L(额定功率0.75 W，额定电压未知)(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择_(填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择_(填“R1”或“R2”)。(2)在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中。次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中实验数据在图实­8&#

9、173;6中作出灯泡的U­I图线。图实­8­6(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为_V；这一结果大于1.22 V，其_。由题引知·要点谨记2处理数据的方法和能力对应第(2)题(1)观察和分析表格中的数据； (2)利用表格中的数据在坐标图纸上描点；(3)用平滑的曲线连结描出的点；(4)根据描绘的图线分析小灯泡的工作状态。3利用图像处理数据和分析实验结果对应第(3)题(1)图像纵横坐标的乘积表示功率；(2)结合小灯泡的实际工作过程分析实验结果。题组突破3(2013·天津高考)要测绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要

10、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 )；电流表(量程为0250 mA，内阻约5 )；电压表(量程为03 V，内阻约3 k)；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 ，额定电流1 A) B滑动变阻器(最大阻值1 750 ，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)。图实­8­7 图实­8­8图实­8­9(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图实­8­8所示。如果将这个小灯泡接到

11、电动势为1.5 V，内阻为5 的电源两端，小灯泡消耗的功率是_W。4(2015·云南联考)有一个小灯泡上标有“4.8 V,2 W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线。有下列器材可供选用：A电压表V1(03 V，内阻3 k) B电压表V2(015 V，内阻15 k) C电流表A(00.6 A，内阻约1 ) D定值电阻R13 k E定值电阻R215 k F滑动变阻器R(10 ，2 A) G学生电源(直流6 V，内阻不计) H开关、导线若干(1)实验中所用电压表应选用_，定值电阻应选用_(均用序号字母填写)；(2)为尽量减小实

12、验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在方框内画出满足实验要求的电路图；(3)利用上述实验电路图测出的电压表读数UV与此时小灯泡两端电压U的定量关系是_，下图的四个图像中可能正确的是_。考点三实验的改进与创新典例3(2013·福建高考)硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图实­8­10甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表V1的量程选用3 V，内阻为6.0 k；电压表V2量程选用15 V，内阻约为30 k；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12 V，内阻不计。

13、(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。 图实­8­10 图实­8­11(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2。某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1_V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为_mA(保留两位小数)。该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“”表示反向)，并在坐标纸上建立Ix­Ux坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点，并绘出Ix­U

14、x图线。123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA0.000.000.010.020.040.070.120.190.29由Ix­Ux图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成_(填“线性”或“非线性”)关系。由题引知·要点谨记1实验原理的创新对应题干部分(1)本实验描绘的不是小灯泡的伏安特性曲线，而是硅光电池不产生电能时，作为一个电子元件的伏安特性曲线。(2)本实验描绘的是给

15、硅光电池加反向电压时的反向伏安特性。3.数据处理的创新对应第(2)题问,(1)电压表的读数方法。,(2)由于电压表V1 的内阻已知，可通过I4描点、连线作图能力对应第(2)题问5.读图、用图的能力对应第(2)题问根据图像分析：若图线是直线，则Ix与Ux成线性关系；若图线是曲线，则Ix与Ux成非线性关系。,本实验还可以从以下三个方面改进和创新：(1)描绘二极管的伏安特性曲线；(2)描绘太阳能电池在没有光照时的伏安特性曲线；(3)测定小灯泡在不同电压下的电功率；描绘小灯泡电功率P与两端电压的平方U2的曲线。 题组突破5太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太

16、阳能电池。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。某实验小组根据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，请将图实­8­12甲连成一个完整的实验电路图。(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I­U图像，由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池的电阻_(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池的电阻约为_。图实

17、­8­126(2015·辽宁四校模拟)由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线。可供选择的实验器材有：A待测电阻器Rx(2.5 V,1.2 W) B电流表A(00.6 A，内阻为1 ) C电压表V(03 V，内阻未知)D滑动变阻器(010 ，额定电流1 A) E电源(E3 V，内阻r1 ) F定值电阻R0(阻值5 ) G开关一个和导线若干(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在方框内画出实验电路图。(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：I/A0.1

18、50.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V图实­8­13其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，UR是电阻器两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格，然后在坐标图实­8­13中画出电阻器的伏安特性曲线。(3)该同学将本实验中的电阻器Rx以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是_W。(结果保留2位小数)实 验 八描绘小灯泡的伏安特性曲线解析典例1答案(1)连线如图所示。 甲 乙(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线

19、；横坐标的标度不合适典例2答案(1)电路原理图如图甲所示A2R1 (2)如图乙所示(3)2.5(2.42.6均可)灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大) 典例3答案(1)连接电路如图所示(2)1.400.23描点绘出Ix­Ux图线如图所示非线性 题组突破1.解析：(1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱。闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压。(2)与实物电路相应的电路图如图所示。答案：(1)使它靠近滑动变阻器左

20、端的接线柱 增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压(2)如解析图所示2.解析：(1)因小灯泡正常发光时的电阻R 12 ，小灯泡未接入电路的电阻要比正常发光时小得多(因温度的影响)，故用多用电表测未接入电路的小灯泡的电阻，应选D。(2).在实验时，闭合开关前，应使用电器的电压、电流为最小值，故应使滑片P置于最左端。.若1点到5点未接好，则电路成为滑动变阻器的限流式电路。.在I­U图像中的每一点与O点连线的斜率逐渐减小，即电阻的倒数减小，所以电阻增大。 答案：(1)D(2).左.15(或51).增大3.解析：本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线实验的器材选用、电路选用及实验数据处理，意在考查考生实验分析及数据处理的能力。(1)描绘小灯泡伏安特性曲线实验要求电压调节范围大，因此滑动变阻器采用分压式，为使调节过程中电压变化尽可能均匀，选用最大阻值较小的滑动变阻器A；(2)由于小灯泡的电阻比较小，因此电流表采用外接法