实验九　描绘小电珠的伏安特性曲线

实验九描绘小电珠的伏安特性曲线实验解读·核心突破分类研析·拓展提升实验解读·核心突破●注意事项1.电路的连接方式(1)电流表外接:被测小电珠灯丝的电阻值较小,因此测量电路宜采用电流表外接法.(2)滑动变阻器采用分压式连接:实验结果中作出的I-U图象,一般通过坐标原点,即要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路采用分压接法.2.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使小电珠在接通电路时的电压为零的一端.实验过程中小电珠两端的电压不要超过其额定电压.3.I-U图象在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U0=1.0V左右多测几组数据,以防出现较大误差.4.通过描出的点拟合图线时,偏离较大的点要舍去,I-U图象应是平滑的曲线.●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、作图带来误差常规实验类型一[例1](2019·广东深圳调考)LED灯的核心部件是发光二极管.某同学欲测量一只工作电压为2.9V的发光二极管的正向伏安特性曲线,所用器材有:电压表(量程3V,内阻约3kΩ),电流表(用多用电表的直流25mA挡替代,内阻约为5Ω),滑动变阻器(0～20Ω),电池组(内阻不计),开关和导线若干.他设计的电路如图(a)所示.回答下列问题:

分类研析·拓展提升(1)根据图(a),在实物图(b)上完成连线;解析:(1)根据多用电表表笔“红进黑出”的接法可知,黑表笔接二极管,红表笔接滑动变阻器,滑动变阻器采用分压式接法,则连线如图所示;答案:(1)连线见解析(2)调节变阻器的滑片至最

端(选填“左”或“右”),将多用电表选择开关拔至直流25mA挡,闭合开关;

(3)某次测量中,多用电表示数如图(c),则通过二极管的电流为

mA;

解析:(2)为保护电路,开关闭合前需将滑动变阻器的滑片置于最左端;答案:(2)左(3)16.5(4)该同学得到的正向伏安特性曲线如图(d)所示.由曲线可知,随着两端电压增加,二极管的正向电阻

(选填“增大”“减小”或“不变”);当两端电压为2.9V时,正向电阻为

kΩ(结果取两位有效数字);

答案:(4)减小0.15(5)若实验过程中发现,将变阻器滑片从一端移到另一端,二极管亮度几乎不变,电压表示数在2.7～2.9V之间变化,试简要描述一种可能的电路故障:

.

解析:(5)由于二极管的正向电阻约为0.15kΩ,远大于滑动变阻器的最大阻值,因此若实验中,将变阻器滑片从一端移到另一端,二极管亮度几乎不变,电压表示数在2.7～2.9V之间变化,则有可能是滑动变阻器与二极管串联,导致电路中总电阻较大,总电流较小,所以电压表的示数变化较小,故障可能是连接电源负极与变阻器的导线断路.答案:(5)连接电源负极与变阻器的导线断路[例2]

某同学进行“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,实验器材有:电压表V:量程为3V,内阻为3kΩ电流表A:量程为0.6A,内阻约为2Ω定值电阻R0:阻值为1kΩ小灯泡L:额定电压为3.8V滑动变阻器R:阻值范围为0～10Ω电池:电动势E为6V开关S,导线若干(1)该同学按如图(甲)所示的电路图进行实验,当电压表示数为1.20V时,小灯泡两端的电压为

V(保留三位有效数字).

答案:(1)1.60

(2)通过正确实验操作和读数,得到了几组电压表的示数和电流表的示数,部分数据如表所示:电流/A0.0850.1550.2120.2350.2780.315电压/V0.170.601.201.502.102.70在图(乙)中画出小灯泡的伏安特性曲线.答案:(2)见解析图1(3)若把这个小灯泡串联一阻值为9Ω的电阻,然后接入电动势为3V、内阻为1.0Ω的干电池,连接成闭合电路,此时小灯泡的电阻为

Ω,实际功率为

W(结果均保留两位有效数字).

答案:(3)6.5

0.211.(2019·苏锡常镇四市调研)小明同学想研究一段铅笔芯的伏安特性,并设想加在铅笔芯两端的电压从0开始逐渐增大,他连接了如图(甲)所示的实验电路.小亮同学认为小明的电路并不完善,他在该电路上增加了一条导线,得到了小明的认同.题组训练(1)请你用笔画线在图(甲)中加上这条导线.解析:(1)要达到使加在铅笔芯两端的电压从0开始逐渐增大,滑动变阻器应为分压式连接,则完善电路如图1所示(只需增加导线1或2).答案:(1)见解析图1解析:(2)完善后的电路在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于其最左端.答案:(2)最左端(2)对小亮完善后的电路,在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应先置于

(选填“最左端”或“最右端”).

(3)闭合开关后,调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如表所示:电流I/A00.080.160.240.320.400.48电压U/V00.631.221.681.972.232.44请根据表中的数据,在图(乙)坐标系中作出铅笔芯的伏安特性曲线.解析:(3)将各组对应数据在I-U坐标平面中描点,并通过这些点作平滑曲线,即为铅笔芯的伏安特性曲线如图2所示.答案:(3)见解析图2(4)由(3)中图线可知:随着温度的升高,铅笔芯的电阻率

(选填“增大”“减小”或“不变”).

答案:(4)减小2.(2019·四川泸县一中期末)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.解析:(1)由于实验是测量小灯泡的伏安特性曲线,电压需要从0开始测量,故滑动变阻器应为分压式接法,则应选用(甲)图所示电路.答案:(1)(甲)(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,则在如图所示的两种实验方案中,应选择

[选填“(甲)”或“(乙)”]图所示电路进行实验.

(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.

答案:(2)串联1000(3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图所示,根据这个特性曲线,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象,其中可能正确的是

.(选填选项下面的字母序号)

答案:(3)AB

(4)某同学将该小灯泡与一个阻值为4.0Ω的定值电阻串联后,接在一个电动势为3.0V、内阻为1.0Ω的电源上,组成一个闭合电路,则此时该小灯泡实际功率约为

W.(保留2位有效数字)

解析:(4)对电源有U=E-Ir=3.0-5.0I,即I=0.6-0.2U,在灯泡的伏安特性曲线上作电源的I-U图线,如图所示,其与灯泡的伏安特性曲线的交点即为灯泡的两端电压和电流,得U=2.2V,I=0.156A,故小灯泡的实际电功率为P=0.34W.答案:(4)0.34创新实验类型二答案:(1)见解析(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻

(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率

(填“增大”“不变”或“减小”).

答案:(2)增大增大(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路图,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)

答案:(3)0.39

1.17解析:3)当R=9.0Ω时,小灯泡的实际功率最小,由闭合电路欧姆定律有E0=I(R+r)+U,即4=10I+U,在图中作出该直线如图(甲)所示,交点坐标约为I=223mA,U=1.77V时最小功率Pmin=UI=0.39W;当R=0时,小灯泡的实际功率最大,有E=Ir+U,即4=I+U,在图中作出该直线如图(乙)所示,交点坐标约为I=318mA,U=3.69V,小灯泡的最大功率Pmax=UI=1.17W.[例4]

(2019·北京朝阳区二模)某学习小组探究电学元件的伏安特性曲线.(1)甲同学要描绘一个标有“3.6V,1.2W”的小灯泡的伏安特性曲线,要求加在灯泡两端的电压在0～3.6V之间调节.除了导线和开关外,还有下列器材可供选择:电压表V(量程5V,内阻约为5kΩ)直流电源E(电动势4.5V,内阻不计)电流表A1(量程350mA,内阻约为1Ω)电流表A2(量程150mA,内阻约为2Ω)滑动变阻器R1(阻值0～200Ω)滑动变阻器R2(阻值0～10Ω)实验中电流表应选

,滑动变阻器应选

;(填写器材代号)

以下的四个电路中应选用

进行实验.

答案:(1)A1R2A(2)乙同学利用甲同学的电路分别描绘了三个电学元件的伏安特性曲线,如图1所示.然后他用图2的电路给三个元件分别供电,并将元件1和元件2供电时的各自一组电流和电压值分别标在图上的A点和B点.已知R0=9.0Ω,则该电源的电动势E=

V,内电阻r=

Ω.这个电源给元件3供电时,元件3的电功率P=

W.

解析:(2)根据闭合电路欧姆定律,测量元件1时有E=IARA+IAr+IAR0,而IA=0.08A,UA=2.2V,则RA=27.5Ω,测量元件2时有E=IBRB+IBr+IBR0,据图可知IB=0.15A,UB=1.5V,则RB=10Ω,代入数据后可求电源电动势E=3.0V,电源内阻r=1.0Ω.在题图1中,过A,B两点画一直线交于坐标轴,如图所示,该直线与1,2,3元件的图象交点正是这几个元件接在该电源上的实际工作状态,可以看出元件3的实际工作状态点约为(1.0,0.2),所以元件3的功率为P=UI=0.2W.答案:(2)3.0

1.0

0.21.(2019·天津河西区二模)要测绘一个标有“2.5V

2W”小灯泡的伏安特性曲线.己选用的器材有:直流电源(3V,内阻不计)电流表A1(量程为0.6A,内阻为0.6Ω)电流表A2(量程为300mA.内阻未知)电压表V(量程0～3V,内阻约3kΩ)滑动变阻器R(0～5Ω,允许最大电流3A)开关、导线若干.其实验步骤如下:题组训练(1)由于电流表A1的量程不足.小组成员把A1,A2并联后再接入电路,请按此要求用笔画线代替导线在实物图(甲)中完成余下导线的连接.解析:(1)由于小灯泡的电阻相对于电压表内阻来说很小,电流表采用外接法,连接实物图如图所示.答案:(1)见解析(2)正确连接好电路,并将滑动变阻器滑片滑至最

端,闭合开关S,调节滑片.发现当A1示数为0.50A时,A2的示数为200mA,由此可知A2的内阻为

Ω.

答案:(2)右1.5

(3)若将并联后的两个电流表当成一个新电表,则该新电表的量程为

A;为使其量程达到最大,可将图(乙)中

(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)处断开后再串联接入一个阻值合适的电阻.

答案:(3)0.84

Ⅰ2.(2019·湖南怀化模拟)某一小型电风扇额定电压为5.0V,额定功率为2.5W.某