1、實 驗 八描繪小燈泡的伏安特性曲線一、實驗目的二、實驗器材(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線。(2)分析伏安特性曲線的變化規律。小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、學生低壓直流電源(或電池組 )、開關、導線若干、坐標紙、鉛筆。考點一實驗原理與操作典例 1(2013 江·蘇高考 )為探究小燈泡的電功率P 和電壓 U 的關系，小明測量小燈泡的電壓U 和電流格為“ 3.0 V1.8 W ”，電源為12 V 的電池，滑動變阻器的最大阻值為10 。(1)準備使用的實物電路如圖實-8-1 所示。請將滑動變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫線代替導線)I，利用PUI 得到電功率。實驗所使用的小燈泡規圖實

2、 -8-1圖實 -8-2(2)現有 10 、20 和 50 的定值電阻，電路中的電阻R1 應選 _ 的定值電阻。(3)測量結束后，應先斷開開關，拆除_兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材。(4)小明處理數據后將P、U2 描點在坐標紙上，并作出了一條直線，如圖實- 8-2 所示。請指出圖像中不恰當的地方。由題引知 ·要點謹記 1滑動變阻器的分壓式與限流式的接法對應第 (1)題(1) 兩種接法的適用情形限流式接法適合測量阻值小的電阻(跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)。分壓式接法適合測量阻值較大的電阻。(2) 兩種接法的選擇若采用限流式接法不能控制電流滿足

3、實驗要求，即若滑動變阻器阻值調到最大時，待測電阻上的電流 (或電壓 )仍超過電流表 (或電壓表 )的量程，或超過待測電阻的額定電流 ( 或電壓 )，則必須選用分壓式接法。若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時，應改用分壓電路。若實驗中要求電壓從零開始調節，則必須采用分壓式電路。兩種電路均可使用的情況下，應優先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低。2.保護電阻的計算問題 對應第 2題,電阻 R1 接在供電電路中，對電路起到保護作用，當滑動變阻器阻值最大時，保護測量電路中用電器及電表不被燒

4、壞。 ,小燈泡與滑動變阻器的并聯電阻值約為3.3 ，則 12 V3 V3R，解得 R =9.913.313.實驗操作中的注意事項 對應第3 題實驗結束后，斷開開關，應先拆除電池兩端導線，以防止電源短路。4.描點作圖時應注意的問題對應第 4 題1 根據數據描出的點，若不是在一條直線上，則應用平滑的曲線進行連接，不能用直線或折線連接。2 畫出的圖線分布范圍盡量不要太靠近坐標軸一側，通過修改兩坐標的標度值即可。題組突破 1(2012 安·徽高考 )圖實 -8-3 為“測繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5 V。(1)完成下列實驗步驟：_；閉合開關前，調節滑動變

5、阻器的滑片，閉合開關后，逐漸移動變阻器的滑片，_；斷開開關， , 根據實驗數據在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。(2)在虛線框中畫出與實物電路相應的電路圖。圖實 -8-3圖實 -8-4圖實 -8-52某同學在探究規格為“6 ,3V W ”的小燈泡伏安特性曲線實驗中：(1)在小燈泡接入電路前，使用多用電表直接測量小燈泡的電阻，則應將選擇開關旋至_擋進行測量。 (填選項前的字母 )A 直流電壓 10 VB 直流電流 5 mAC歐姆× 100D歐姆× 1(2)該同學采用圖實 -8-4 所示的電路進行測量。圖中R 為滑動變阻器 (阻值范圍 020 ，額定電流 1.0 A) ，

6、L 為待測小燈泡，V 為電壓表 (量程 6 V ，電阻20 k )， A 為電流表 (量程 0.6 A，內阻 1 )，E 為電源 (電動勢 8 V ，內阻不計 )， S 為開關。.在實驗過程中，開關S 閉合前，滑動變阻器的滑片P 應置于最 _端；( 填“左”或“右” ).在實驗過程中，已知各元件均無故障，但閉合開關S 后，無論如何調節滑片P，電壓表和電流表的示數總是調不到零，其原因是_點至 _點的導線沒有連接好；(圖中的黑色小圓點表示接線點，并用數字標記，空格中請填寫圖實-8-4 中的數字 ).該同學描繪出小燈泡的伏安特性曲線示意圖如圖實-8-5 所示，則小燈泡的電阻值隨工作電壓的增大而_。(

7、 填“不變”、“增大”或“減小”)考點二數據處理與誤差分析典例 2物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清。他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2 ，然后根據公式計算出該燈泡的額定電壓UPR0.752 V 1.22 V 。他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據測量數據來繪制燈泡的U-I 圖線，進而分析燈泡的額定電壓。A 電壓表 V( 量程 3V ，內阻約 3 k )B電流表 A1( 量程 150 mA，內阻約 2 ) C電流表 A 2(量程

8、500 mA，內阻約 0.6) D滑動變阻器R1(020 )E滑動變阻器R2(0 100 ) F電源 E(電動勢 4.0 V，內阻不計 )G開關 S 和導線若干H待測燈泡 L( 額定功率0.75 W，額定電壓未知 )(1)在下面所給的虛線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇1”或“A2”)；滑動變阻器選擇 _(填“R1 ”或“R2”)。_(填“A(2)在實驗過程中，該同學將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電壓達到1.23 V 時，發現燈泡亮度很暗，當達到2.70 V 時，發現燈泡已過亮，便立即斷開開關，并將所測數據記錄在下邊表格中。次數1234567U/V0.200.6

9、01.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310請你根據表中實驗數據在圖實-8-6 中作出燈泡的U-I 圖線。圖實-8-6(3)由圖像得出該燈泡的額定電壓應為_V；這一結果大于1.22 V ，其 _。由題引知 ·要點謹記 1.實驗操作的注意事項 對應第2 題1 燈泡兩端的電壓應由零緩慢地增加；2 當發現燈泡過亮時，應立即斷開開關。2處理數據的方法和能力對應第 (2)題(1)觀察和分析表格中的數據；(2)利用表格中的數據在坐標圖紙上描點；(3)用平滑的曲線連結描出的點；(4)根據描繪的圖線分析小燈泡的工作狀態。3利用圖像處理數據和分析實驗結果對

10、應第 (3)題(1)圖像縱橫坐標的乘積表示功率；(2)結合小燈泡的實際工作過程分析實驗結果。題組突破3(2013 天·津高考 )要測繪一個標有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V ，并便于操作。已選用的器材有：電池組( 電動勢為 4.5 V ，內阻約 1 )；電流表 (量程為 0250 mA，內阻約 5 )；電壓表 (量程為 03 V，內阻約 3 k )；電鍵一個、導線若干。(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的 _(填字母代號 )。A 滑動變阻器 (最大阻值 20 ，額定電流 1 A)B 滑動變阻器 (最大阻值 1 750，額定電流 0

11、.3 A)(2)實驗的電路圖應選用下列的圖_(填字母代號 ) 。圖 實 -8-7圖實 -8-8圖實-8-9(3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖實-8-8 所示。如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V，內阻為 5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W。4(2015 云·南聯考 )有一個小燈泡上標有 “4.8 V,2 W ”的字樣，現在測定小燈泡在不同電壓下的電功率，并作出小燈泡的電功率P 與它兩端電壓的平方 U2 的關系曲線。有下列器材可供選用：A電壓表 V 1(0 3 V ，內阻 3 k ) B電壓表 V2(015 V ，內阻 15 k ) C電流表 A(0 0.6 A，內阻約 1

12、)D定值電阻 R13 k E定值電阻 R215 k F滑動變阻器 R(10，2 A)G學生電源 (直流 6 V，內阻不計 )H 開關、導線若干(1)實驗中所用電壓表應選用_，定值電阻應選用 _(均用序號字母填寫 )；(2)為盡量減小實驗誤差，并要求從零開始多取幾組數據，請在方框內畫出滿足實驗要求的電路圖；(3)利用上述實驗電路圖測出的電壓表讀數U V 與此時小燈泡兩端電壓 U 的定量關系是 _，下圖的四個圖像中可能正確的是 _。考點三實驗的改進與創新典例 3 (2013 福·建高考 )硅光電池在無光照時不產生電能，可視為一電子元件。某實驗小組設計如圖實-8-10 甲電路，給硅光電池加

13、反向電壓(硅光電池負極接高電勢點，正極接低電勢點)，探究其在無光照時的反向伏安特性。圖中電壓表V 1 的量程選用 3 V，內阻為 6.0 k ；電壓表 V 2 量程選用 15 V ，內阻約為 30 k ；R0 為保護電阻；直流電源電動勢E 約為 12 V，內阻不計。(1)根據圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙連接成完整電路。圖實 -8- 10圖實 -8-11(2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關S，調節變阻器 R，讀出電壓表 V1、V 2 的示數 U1、U2 。某次測量時，電壓表V 1 示數如圖丙，則U1_V，可算出通過硅光電池的反向電流大小為_mA(保留兩位小數 ) 。該小組測出大量數據，篩選出下

14、表所示的9 組 U1、U 2 數據，算出相應的硅光電池兩端反向電壓Ux 和通過的反向電流Ix(表中“”表示反向 ) ，并在坐標紙上建立 Ix-Ux 坐標系，標出了與表中前5 組 Ux、Ix 數據對應的 5個坐標點。請你標出余下的4 個坐標點，并繪出Ix-Ux 圖線。123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.0 6.07.08.0Ix/mA0.000.000.010.02 0.04 0.07 0.120.190.29由 Ix-Ux 圖線可

15、知，硅光電池無光照下加反向電壓時，Ix 與 Ux 成_(填“線性”或“非線性”)關系。由題引知 ·要點謹記 1實驗原理的創新 對應題干部分 (1)本實驗描繪的不是小燈泡的伏安特性曲線，而是硅光電池不產生電能時，作為一個電子元件的伏安特性曲線。(2)本實驗描繪的是給硅光電池加反向電壓時的反向伏安特性。2.實物圖連線問題 對應第 1 題 1 滑動變阻器的分壓式接法。2 根據電路圖明確電壓表 V 2的測量范圍。3.數據處理的創新對應第 2 題問,1 電壓表的讀數方法。,2 由于電壓表V1 的內阻已知，可通過IU計算出通過 V 1 的電流，即把電壓表當作電流表使用。R4描點、連線作圖能力對應

16、第 (2)題問 5.讀圖、用圖的能力 對應第 2 題問 根據圖像分析：若圖線是直線，則Ix 與 Ux 成線性關系；若圖線是曲線，則Ix 與 Ux 成非線性關系。,本實驗還可以從以下三個方面改進和創新：1 描繪二極管的伏安特性曲線；2 描繪太陽能電池在沒有光照時的伏安特性曲線；3 測定小燈泡在不同電壓下的電功率；描繪小燈泡電功率P 與兩端電壓的平方 U2 的曲線。題組突破 5太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的2010 年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件。某實驗小組根據測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究

17、一個太陽能電池在沒有光照時(沒有儲存電能) 的I-U 特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表 A，電壓表 V ，滑動變阻器R，開關 S 及導線若干。(1) 為了達到上述目的，請將圖實 -8-12 甲連成一個完整的實驗電路圖。(2)該實驗小組根據實驗得到的數據，描點繪出了如圖乙所示的I-U 圖像，由圖可知，當電壓小于小” )；當電壓為2.80 V 時，太陽能電池的電阻約為_。2.00 V時，太陽能電池的電阻_(填“很大”或“很圖實 -8- 126(2015 ·寧四校模擬遼 )由金屬絲制成的電阻阻值會隨溫度的升高而變大。某同學為研究這一現象，親自動手通過實驗描繪這樣一個電阻器的

18、伏安特性曲線。可供選擇的實驗器材有：A 待測電阻器 Rx (2.5 V,1.2 W)B電流表 A(0 0.6 A，內阻為 1) C電壓表 V(0 3 V，內阻未知 )D滑動變阻器 (010 ，額定電流 1 A)E電源 (E3 V ，內阻 r 1 )F定值電阻 R0 (阻值 5 ) G開關一個和導線若干(1)實驗時，該同學采用電流表內接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請在方框內畫出實驗電路圖。(2)按照正確的電路圖，該同學測得實驗數據如下：I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/V其中，

19、 I 是電流表的示數，U 是電壓表的示數，圖實 -8- 13UR 是電阻器兩端的實際電壓。請通過計算補全表格中的空格，然后在坐標圖實-8- 13中畫出電阻器的伏安特性曲線。(3)該同學將本實驗中的電阻器Rx 以及給定的定值電阻R0 二者串聯起來， 接在本實驗提供的電源兩端，則電阻器的實際功率是_W。( 結果保留2位小數)實 驗 八描繪小燈泡的伏安特性曲線解析典例 1答案 (1)連線如圖所示。甲乙(2)10 (3)電池(4)圖線不應畫為直線；橫坐標的標度不合適典例 2答案 (1)電路原理圖如圖甲所示A 2R1 (2)如圖乙所示(3)2.5(2.42.6均可 )燈泡的冷態電阻小于正常工作時的電阻(

20、 或燈泡電阻隨溫度升高而變大)典例 3答案 (1)連接電路如圖所示(2) 1.40 0.23描點繪出 Ix-Ux 圖線如圖所示非線性題組突破 1.解析： (1)滑動變阻器為分壓式接法，故閉合開關前，燈泡兩端的電壓為零，調節滑動變阻器的滑片，使它靠近滑動變阻器左端的接線柱。閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到額定電壓。(2)與實物電路相應的電路圖如圖所示。答案： (1)使它靠近滑動變阻器左端的接線柱增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到其額定電壓(2)如解析圖所示U2362.解析： (1)因小燈泡正常發光

21、時的電阻 R P 312，小燈泡未接入電路的電阻要比正常發光時小得多(因溫度的影響 )，故用多用電表測未接入電路的小燈泡的電阻，應選 D。(2) .在實驗時，閉合開關前，應使用電器的電壓、電流為最小值，故應使滑片P 臵于最左端。.若 1 點到 5 點未接好，則電路成為滑動變阻器的限流式電路。.在 I- U 圖像中的每一點與O 點連線的斜率逐漸減小，即電阻的倒數減小，所以電阻增大。答案： (1)D(2) .左 .15(或 5 1).增大3.解析： 本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線實驗的器材選用、電路選用及實驗數據處理，意在考查考生實驗分析及數據處理的能力。(1)描繪小燈泡伏安特性曲線實驗要求電壓調節范圍大，因此滑動變阻器采用分壓式， 為使調節過程中電壓變化盡可能均勻，選用最大阻值較小的滑動變阻器A ；(2)由于小燈泡的電阻比較小，因此電流表采用外接法，選用B 圖；(3)畫出電源的伏安特性曲線， 如圖所示，兩個圖線的交點即