2015届高考物理一轮复习考点解析学案：实验08描绘小电珠的伏安特性曲线（含解析）

【2014高考在线】

1.(2014•浙江卷)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值.

(1)图1是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图1中画出.

第22题图1

(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电

流、电压数据描到U-I图上，如图2所示.在图中，由电流表外接法得到的数据点是用

(选填“。”或仪”)表示的.

第22题图2

(3)请你选择一组数据点，在图2上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为Q.

【答案】(1)如图所示

第22题图1

*A

第22题图2

⑶，作图见第22题图2用X连线-1〜13c用f丝疑.?=：1.5-1.7)Q

【解析】11：，由图2中的电压、电流数据从零开始可外滑动牙，器采用分压式，电压表选择里程3W电

流表采用外接法.

心外接法由于电压表分流，测得的电阻比内接注二4方要小，故电流表外接法得到的数据点是用•「表

示的

⑶用「数据点连直线，斜率为铅笔tM电阻，声总误差因芝，2=壮1〜1.3)。，用，数据点连直线，

同理得2=1，〜1QQ

【重点知识梳理】

一、滑动变阻器的限流接法和分压接法

1.两种接法比较

限流式接法分压式接法对比说明

内容

RP\R串、并

P

两种接法电路图联关系

—'1-^二不同

分压电

RE

负载A上电压调节范围0W恒E路调节

范围大

分压电

EE

负载彳上电流调节范围----一路调节

/?+吊-----〃

范围大

都是为了

闭合s前触头位置6端a端保护电路

元件

由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围大，限流式接法较节

能.

2.两种接法的选择

’["不超量程

安全性原则，在允许通过的最大电流以内

I电表、电源不接反

（1）选择不同接法的原则《

[便于调节

方便性原则3上、.跖

I便于读数

、经济性原则：损耗能量最小

（2）两种接法的适用条件

①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）.

②分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）.

③如果2很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大.《很大时，分压

式接法中4几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节.

a.若采用限流式接法不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.

b.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不明显，此时，应改用分压电路.

c.若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法.

d.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.

二、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.分析小电珠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，测出多组（〃，7）值，

在〃一/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.

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；滑动变阻器采用

分压式接法，使电压能从零开始连续变化.

实验器材

小电珠（3.8V,0.3A）或珠.5V,0.6A）一个、电压表（0~3V~15V）与电流表（0-0.6A-3

A）各一个、滑动变阻器（最大阻值20。）一个、学生低压直流电源（或电池组）、开关一个、导

线若干、坐标纸、铅笔.

实验步骤

1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按图1的

原理图连接好实验电路.

图1

2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后闭合开关S.

3.移动滑动变阻器滑片位置，测出多组不同的电压值〃和电流值/,并将测量数据填入表格

中，断开开关S.

U(V)00.20.40.60.81.01.2

/(A)

U(V)1.62.02.42.83.23.63.8

/(A)

4.拆除电路，整理仪器.

数据处理

1.在坐标纸上以〃为横轴，/为纵轴，建立直角坐标系.

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)

3.将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线.

误差分析

1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差.

2.电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数.

3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差.

注意事项

1.电路的连接方式

(1)电流表应采用外接法，因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小，与0〜0.6A的电流表串联

时，电流表的分压影响很大.

(2)滑动变阻器应采用分压式接法，H的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.

2.闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的•端，使开关闭合时小

电珠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电珠两端电压过大而烧坏灯

丝.

3./—〃图线在“=1.0V左右将发生明显弯曲，故在4=1.0V左右描点要密，以防出现较

大误差.

4.电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即若使用“3.8V,0.3

A”的小电珠，选用电压表的15V量程；若使用“2.5V,0.6A”的小电珠，则选用电压表的

3V量程.

5.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录后马上断开开关.

6.误差较大的点要舍去，/一〃图线应是平滑曲线而非折线.

实验改进

一种测小电珠的电阻的准确方法

实验原理：如图2所示，两个电压表完全相同且内阻很大.移动滑动触头，调节电阻箱的示

数，使两个电压表示数相同，则电阻箱的读数即为小电珠电阻，记下小电珠的电阻和电压；

多次移动滑动触头，采用相同方法，记下相应电阻箱示数和

电压表的读数.在坐标纸上画出〃图线，并分析火随〃变化的规律.

图2

在描绘小电珠的伏安特性曲线的实验中，由于电表内阻的影响，会产生系统误差使得小电珠

的电阻测量不准确.上述实验方法可以消除这种误差，操作、读数也较方便.

记忆口诀

电路连接是关键,先串后并把线连,

滑动变阻要分压,A表外接减误差,

电压从零开始调,〃一/坐标连曲线,

连好曲线细研究,得出规律记心间.

【高频考点突破】

考点一、实验器的选取和实物图的连接

例1、在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下:

器材规格器材规格

最大阻值

标有"":工8V.滑1变阻ion.

小电珠

0.3A”字样器丛额定电流

1.0A

破大阳(ft

电压此程。〜5v.r：滑动变阻

1kC.额定电

&V阻约5kn器「

流。.5A

电动势约为

电流ht程。〜lool\.

川流电源E6V.内阻约

内阻约为4Q

F为o.5a

巨电流ht程。〜500mA;或、电

内阻约a4a健等

(1)在上述器材中，滑动变阻器应选；电流表应选

(2)在图中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路.

（3）利用实验中得到的实验数据在/一〃坐标系中，描绘出了如图所示的小电珠的伏安特性曲

线.根据此图给出的信息，可以判断出图中正确的是（图中o为小电珠功率）

【解析】（1）为方便电路调节，滑动变阻器应选择无小电珠正常工作时7r=0.3A=300mA>100mA,故

电流表应选A：.

（2）因为要求小电珠上的电压从0开始增大应选用分压电路；而小电珠正常工作时R.=睁笈

」U・J

Q=13Q<<"=5kQ,故电流表应选柠3、接法，1实验电路图所示.

（3）在广少图象中，图线斜率逐渐减小，小电珠的刀逐渐噌大；由片沫在尸疗图象中，图线的斜率弛逐

渐减小，故B正确；由产在刃图象中图线斜率1应逐渐增大，故D正确.

【答案】⑴凡A；⑵见解析图（3）BD

考点二、实验数据的处理

例2、表格中所列数据是测量小电珠。一/关系的实验数据:

U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0

Z(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215

(1)分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的(选填“甲”或“乙”)；

甲乙

(2)在丙图所示的方格纸内画出小电珠的人/曲线.分析曲线可知小电珠的电阻值随7变大

而________(选填“变大”、“变小”或“不变”)；

(3)如图丁所示，用一个定值电阻A和两个上述小电珠组成串并联电路，连接到内阻不计、电

动势为3V的电源上.己知流过电阻"的电流是流过电珠L,电流的两倍，则流过电珠L的电

流约为A.

【解析】（1）从表中数据可看出，电珠两端由.玉可以k3开始课」N，这说明滑动变阻器应选用分压接法，故

应选用甲图.

（2）在方格纸上根据入/数据描点、学彳叶网连线，E图象如图.随丽了的噌大，图线上各点与坐标

原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大.

（3）因流过电阻1的电流是流过电珠L：电流的两倍，则流过灯L：的电流是流过灯L；电流的3倍，而灯L：、

L；两端的电压之和为3V,在（2）描出的.」-/图象中，找出一个电流/对应的电压火再找出31对应的电

压女，直到8+*=3V为止

最后得出结果，流过电珠，L：的电流为0.21，

【答案】（1）甲（2）尸了图线见解析变大（3）0.21

考点三、实验创新设计

例3、为了测定和描绘一只标有“220V,40W”的白炽灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变

压器供电.调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈£,绕在闭合的环形铁芯上，输入

端接在220V交流电源的火线和零线间，输出端有一个滑动触头只移动它的位置，就可以使

输出电压在0〜250V之间连续变化，图甲中画出的是调压变压器的电路图符号.实验室内备

有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导线等实验必备器材.

火线

零线

调压变压器

甲

(1)在图甲中完成实验电路图，要求在额定电压下测得的数据误差尽量小.

(2)说明按你的实验电路进行测量时，在电压较高段与电压较低段进行比较，哪段的系统误差

较大？为什么？

(3)如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，试根据图线确定：把两只完

全相同的“220V,40W”的白炽灯串联接在220V交流电源的火线和零线间时，两只灯所

是多大？

乙

【解析】（1）该设计是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实嗡知识的迁移和拓展，还涉及了变压器、家电常识、

内外接法、串联电路、图象等各种知识，综合性很强，应把电珠接在滑动端，电源接在固定端，电路连接

如图所示.

调压变压器学科砥

（2）“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验给薪们提供了一种“点家用电器和各种电学元件电学性质的重要方

法一一描点法，特别是对一些非线性元件.只有其特性，才可以对其合理利用.如电子技术中常用

的二极管的伏安特性曲线.当电压高时，白炽叮消耗的实际功率较大，灯丝温度较高，电阻较大，电压表

的分流较大，系统误差较大.

（3）两只白炽灯串联后分压各为110V,由々炽灯灯丝沟伏安特•曲线可读出此时的工作电流约为0.15A,

故两灯消耗的总功率产=0.15X110X2W=33W.

【答案】（1）见解析图

（2）在电压较高段误差大.因为电压高时白炽灯消耗的实际功率大，灯丝温度高，电阻大，对外接法而言，

电压表的电流相对较大，系统误差大.

（3）33W

例1、图3中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的/一。特性曲线的实验器材.

（1）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图中的实验电路图连接完整.

图3

（2）开关S闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于.（选填7端”、“B端”或

中间”）

⑶实验中测得有关数据如下表：

U/V0.400.801.201.602.002.402.80

I/A0.100.160.200.230.250.260.27

根据表中的实验数据，在图4中画出小灯泡的/一。特性曲线.

图4

（4）若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Q,并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比,

试估算该小灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为。仁（保留三位有效数字）

例2、某同学想描绘某一热敏电阻的伏安特性曲线，实验室提供下列器材：

A.电压表V（量程为0~5V,内阻约5kC）

B.电流表Ai（量程为0〜25mA,内阻约为0.2C）

C.电流表A2（量程为0〜0.6A,内阻约为0.1C）

D.滑动变阻器R（0〜10。，额定电流1.5A）

E.滑动变阻器及2（。〜1000Q，额定电流0.5A）

F.定值电阻R）（Ro=l000。）

G.直流电源（电动势6V,内阻忽略不计）

H.电键一个、导线若干

（1）该同学选择了适当的器材组成描绘伏安特性曲线的电路，得到热敏电阻电压和电流的7组

数据（如下表），请你在图5中作出热敏电阻的伏安特性曲线.

电压t/(V)0.01.02.02.43.03.64.0

电流/(mA)0.01.65.88.011.816.020.0

//mA

2()

15

10

5

234u/v

图5

（2）山此曲线可知，该热敏电阻的阻值随电压的增大而（选填“增大”或“减小”）.该同学

选择的电流表是（选填“8”或"C）选择的滑动变阻器是.（选填“D"或"K'）.

（3）请在虚线框中画出该同学完成此实验的电路图（热敏电阻符号为声）

【实验电路设计的思路与方法】

电路设计也是高考实验题中常考题型之一.首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么

物理量，验证、探究什么物理规律，或要求设计达到何种标准的电路等.其设计原则是：安

全、方便、经济.任何实验电路都由测量电路和控制电路构成，测量电路又由电表和被测元

件构成，而控制电路由变阻器、开关、电源构成.在测量电路中，一般由电流表内接和外接

两种方式，对于给定电表内阻的情况，应先比较扁与待测电阻凡的关系，其中％=匹瓦,

若R；Ro,则设计为内接；若RSRo,则设计为外接；若电表量程不合适，往往还要用定值电

阻对电表进行改装.在控制电路中，变阻器有分压式、限流式两种接法，若变阻器阻值较小，

一般设计为分压式；若变阻器阻值较大，一般设计为限流式，在二者都可行时，应先考虑限

流方式，但下面三种情形必须设计为分压式接法：①数据要求从0开始；②变阻器阻值太小、

限流限不住；③变阻器调节时，不能获取有区分度的多组数据.

例3、某同学为了描绘一个标有“12V,6W”的小灯泡的伏安特性曲线，他到实验室寻找到了一

些仪器，但没找到电压表，找到的器材规格如下：

A.电流表A|（0〜0.5A,内阻为0.5C）

B.电流表A2（0〜0.6A,内阻约为0.3。）

C.电阻箱R（0〜9999.9C,最小调节量0.1C）

D.电阻箱%（0〜99.9C）,最小调节量0.1C）

E.滑动变阻器丛（。〜50C,额定电流为1.5A）

F.滑动变阻器心（0〜5。，额定电流为3A）

G.16V直流电源

H.开关、导线若干，待测灯泡

利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实验.

（1）画出实验原理图；

(2)以上器材中电阻箱应选用,滑动变阻器应选用(填代号).

(3)写出小灯泡两端电压的表达式，并说明式中符号的意义:

答案

例1：口如图所示

t*端

(3)如图所示

7/A

0.3I|||||I[I|I|I||

二二二二二二二二二二二

二二二二二二一二二二

二二二二二二匚二二二二二二

0.2二二二二二二二二二二二二二

=ZZ2：=ZZZ====ZZ

0.1二1二二二二二二二二二二二二

01.02.03.0UN

3

(4)L64x103(1.58X103-1.65x10均对)

例2⑴如下图所示(2)减小BD

//mA

234UN

：3）如图所示

’.、：：分别是A.、的读数，-7.、式工分别是M：、A.的限值

【经典考题精析】

（2013•天津卷）（3）要测绘一个标有“3V0.6W”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3V,并便于操作.已选用的器材有:

电池组（电动势为4.5V,内阻约1Q）；

电流表（量程为。〜250mA,内阻约5Q）；

电压表（量程为0〜3V,内阻约3kQ）；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20Q,额定电流1A）

B.滑动变阻器（最大阻值1750C,额定电流0.3A）

②实验的电路图应选用下列的图（填字母代号）.

③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为L5V,内阻为

5Q的电源两端，小灯泡消耗的功率是W.

【答案】（3）①A②B③0.1W

【解析】①测绘小灯泡的伏安特性曲线好，小灯泡两端的电压应从0开始，故所需要的电路为滑动受阻器

分压式，滑动变限器应选用阻值小而电流大二A.②学科产,心图应为滑动变阻器分压式和电流表外接法，

所以应选用B图.③作出测电源电动势和内阻附..，图像，与伏公特性曲线交于一点，这点的电压与电流

的乘积即为小灯泡消耗的功率，P=IU=0.1CX1.0W=0.1W.

【当堂巩固】

1.有一个额定电压为2.8V,功率约为0.8W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的/U图

线，有下列器材供选用：

A.电压表（0〜3V,内阻6kC）

B.电压表（0〜15V,内阻30kC）

C.电流表（0〜3A,内阻0.1C）

D.电流表（0〜0.6A,内阻0.5C）

E.滑动变阻器（10C,5A）

F.滑动变阻器（200C,0.5A）

G.蓄电池（电动势6V,内阻不计）

（1）用如实图8-1所示的电路进行测量，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）

（2）通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如实图8-2所示.山图线可求得此灯泡在正常工作时

的电阻为Q.

图8-2

（3）若将此灯泡与电动势6V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为

。的电阻.

解析小灯泡的额定电压为二.S3故电压表选用门〜'V）;功产力为O.Sb,故小灯泡的电流约为4A,

电流表选取：：）〜口.6滑动变阻器一般选择小的便于调节.一据图表的横坐标电压二.3\•对应的纵坐标电

流为根据欧姆定律得电阻为132当与6•，仁怕连时，根据欧姆定律可得需串联11。电阻.

答案（l）ADEi2）ll

2.某同学在探究规格为“6V、3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：

①在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，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10VB.直流电流5mA

②该同学采用实图8-3所示的电路进行测量.图中R为滑动变阻器（阻值范围0〜20C,额定

电流LOA）,Z■为待测小电珠，为电压表（量程6V,电阻20kC）,

为电流表（量程0.6A,内阻1C）,£为电源（电动势8V,内阻不计），S为开关.

I.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”）

实图8-4

II.在实验过程中，已知各元器件均无故障，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；（实图

84中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2

点至3点''的导线）

HL该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图748所示，则小电珠的电阻值随工作电压

的增大而.（填“不变”、“增大”或“减小”）

解析①因小电珠正常发光时的电阻2・1=学c-i二Q,j、电珠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力T路的，'电珠的电上，应选D.

②I.在实验时，闭合开关前，应使用电器的电压、电流为三厂:直，故应使滑片F置于最左端.

n.若1点到5点未接好，则电路成为滑动变阴接：：明式电路.

HL在：尺..图象中的每一点与。点的连线的斜，逐渐减小，即电阻的倒数减小，所以电阻噌大.

答案①。②I.左II,1子或51）III增大

3.一个标有“3.8V、0.3A”字样的小灯泡，其灯丝的电阻会随温度的升高而变化，一探究性

学习小组在实验室研究这一问题，现实验室备有以下实验器材：

器材名称代号参数

电池组E电动势9V,内阻0.5C

电压表V（量程0〜5V,内阻2.0kC

电压表量程。〜15V,内阻3.0kQ

V2

电流表A|量程。〜0.3A,内阻2.0。

电流表量程0〜6A,内阻0.4C

A2

滑动变阻器R0〜10C,额定电流2A

滑动变阻器%0-100Q,额定电流0.5A

固定电阻5Q,额定电流5A

Ro

开关S一个

导线M若干

实验时要求测量范围尽可能大，且要求灯泡上的电压从0开始调节，测量结果尽可能准确.

(1)现在有实图8-5所示的a、b、c、d四个电路，其中可选用的电路有.

实图8-5

⑵在实验中，应当选用的实验器材有电压表，电流表,滑动变阻器

.(填器材名称代号)

〃A

0.3

0.2

0.1

0-1234(7/V

实图8-6

(3)该小组某同学通过实验描绘出小灯泡的〃/图线，如实图8-6所示，试根据图线中给出的数

据，求出小灯泡在工作点”和3的电阻值分别为、.

解析(1)要求灯泡上的电压从0升始调节，因此滑动变阻器要用分压式接法，a、b图错误，c

图中滑动变阻器上串联保护电阻，因此，灯泡上的电压也不能从0开始连续调节，所以应选