2018年高考物理复习实 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突破点(一)实验原理与电路设计[典例1]要描绘一个标有“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4.5 V，内阻约1 Ω)；电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；开关一个，导线若干。

(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填仪器前的字母)。

A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列的图________。

(3)根据你所选择的电路图分析，在闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片移到最________(填“左”或“右”)端；闭合开关，移动滑片，使电表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)。

依次记录电流及相应的电压。

[答案](1)A(2)B(3)左增大[由题引知·要点谨记]1．某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L，规格“2.5 V0.5 A”；电流表G1，满偏电流为1 mA，内阻为30 Ω；电流表G2，满偏电流为10 mA，内阻为30 Ω；电压表V，量程3 V，内阻为9 kΩ；标准电阻R1，阻值1 Ω；标准电阻R2，阻值0.05 Ω；滑动变阻器R，阻值范围为0～10 Ω；学生电源E，电动势6 V，内阻不计；开关S及导线若干。

学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电流表并设计电路。

(1)电流表应该选________，标准电阻应该选________。

(2)在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

解析：绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程3 V可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。

根据并联分流规律可知，电流表G1与标准电阻R2并联，可将量程扩大到0.6 A，满足实验需要。

由于电流表和电压表内阻均已知，采用电流表内接或外接均可。

答案：(1)G1R2(2)如图所示2．(2017·茂名一模)现要用伏安法描绘一只标值为“2.5 V,0.6 W”小灯泡的I-U图线，有下列器材供选用：A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ；0～15 V，内阻10 kΩ)B．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω；0～3 A，内阻0.1 Ω)C．滑动变阻器(10 Ω，2 A)D．滑动变阻器(100 Ω，1.0 A)E．蓄电池(电动势6 V，内阻不计)(1)为了减小测量误差，图甲中的S1应接________(填“M”或“N”)，滑动变阻器应选用__________(用序号字母表示)。

(2)根据你选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图。

(3)开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端(选填“A”“B”或“AB 正中间”)。

闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数变化明显，但电流表示数始终为0，则电路故障为______________。

解析：(1)由实物图可知，电路采用了滑动变阻器分压接法；因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法；故S1应接在M点；因采用分压接法，故滑动变阻器采用小电阻，应选用C。

(2)根据实验原理图画出实物图如图所示：(3)为了保证实验安全，开始时灯泡两端的电压应为最小，故滑动变阻器的滑片应在A 端；由题意可知，电压表示数变化明显，说明电压表与电源相连，且滑动变阻器连接正常，而电流表没有示数说明电路是断开的，由电路图可知，只能是灯泡发生了断路故障。

答案：(1)M C(2)见解析(3)A小灯泡断路3．(2015·广东高考)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。

图1(1)使用多用电表粗测元件X 的电阻，选择“×1”欧姆挡测量，示数如图1(a)所示，读数为________Ω，据此应选择图中的________(填“b ”或“c ”)电路进行实验。

(2)连接所选电路，闭合S ，滑动变阻器的滑片P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X 换成元件Y ，重复实验。

图2(3)图2(a)是根据实验数据作出的U -I 图线，由图可判断元件________(填“X ”或“Y ”)是非线性元件。

(4)该小组还借助X 和Y 中的线性元件和阻值R ＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E 和内阻r ，电路如图2(b)所示，闭合S 1和S 2，电压表读数为3.00 V ；断开S 2，读数为1.00 V 。

利用图2(a)可算得E ＝________V ，r ＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。

解析：(1)用多用电表的欧姆挡测电阻时，电阻值＝示数×倍率，故X 的读数为10 Ω×1＝10 Ω，由于R X R A ＜R V R X，或R X ≪R V ，故用伏安法测元件X 的电阻时，电流表应外接，故选b 电路进行实验。

(2)滑片P 从左向右滑动过程中，元件X 两端的电压越来越大，电流越来越大，故电流表示数逐渐增大。

(3)由U -I 图线可知Y 是非线性元件。

(4)由(3)中的U -I 图线，可知线性元件的电阻R X ＝10 Ω，当S 1、S 2都闭合时，回路中的电流I 1＝U 1R X ＝0.3 A ，当S 1闭合，S 2断开时，回路中的电流I 2＝U 2R X＝0.1 A ，根据闭合电路欧姆定律，得E＝I1(R X＋r)，E＝I2(R X＋R＋r)，联立两式并代入数据解得E≈3.2 V，r＝0.50 Ω。

答案：(1)10b(2)增大(3)Y(4)3.20.50突破点(二)器材选取与数据处理[典例2]有一个小灯泡上有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。

现有下列器材供选用：A．电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻约1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)E．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)F．滑动变阻器(最大阻值500 Ω，额定电流1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验中所用电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选________。

(2)在虚线框内画出实验电路图。

(3)利用实验数据绘出小灯泡的I-U图线如图所示，分析图线说明小灯泡电阻变化的特点：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)实验误差主要是________表的读数与小灯泡的真实值不同，导致________(选填“系统”“偶然”)误差。

[答案](1)A D E(2)如图所示(3)随着灯泡两端电压的增大，灯泡的电阻逐渐增大(4)电流<系统[由题引知·要点谨记]1.考查实验器材的选择(1)电压表的选择根据用电器的额定电压来选择。

[对应第(1)题第1空](2)电流表的选择根据用电器的额定电流来选择。

[对应第(1)题第2空](3)滑动变阻器的选择在分压式接法中，滑动变阻器选阻值小、额定电流大的。

[对应第(1)题第3空]2.考查数据处理和识图能力[对应第(3)题](1)根据数据描出的点，若不在一条直线上，则应用平滑的曲线进行连接，不能用直线或折线连接。

(2)应使图线穿过尽可能多的点。

(3)根据图线斜率的物理意义去分析判断。

3.误差分析[对应第(4)题](1)系统误差：电压表分流带来的误差。

(2)偶然误差：电表读数、作图带来的误差。

[集训冲关]3．(2015·浙江高考)图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。

(1)根据图甲画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A ，电压表量程为3 V 。

所示读数为：①________、②________、③________、④________。

两组数据得到的电阻分别为________和________。

解析：(1)实验电路图如图所示。

(2)电流表量程为0.6 A ，每一小格代表0.02 A ，读数时估读到精度的本位即可；电压表量程为3 V ，每一小格代表0.1 V ，读数时估读到精度的下一位。

读数分别为：①0.10 A 、②0.24A 、③2.00 V 、④0.27 V 。

应用R ＝U I 求电阻时，电流为0.10 A 时对应的电压为0.27 V ；电流为0.24 A 时对应的电压为2.00 V ，求得的两组数据对应的电阻分别为2.7 Ω和8.3 Ω。

答案：(1)见解析(2)①0.10 A ②0.24 A ③2.00 V ④0.27 V2．7(±0.1) Ω 8.3(±0.1) Ω[如填为8.3(±0.1) Ω2．7(±0.1) Ω也行]4．某实验小组要描绘一个标有“3.8 V ,1 W ”的小灯泡R L 的R -U 曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：A ．电压表○V (量程5 V ，内阻约为5 kΩ)B ．直流电源E (电动势4.5 V ，内阻不计)C ．电流表○A 2(量程150 mA ，内阻约为2 Ω) D ．电流表○A 2(量程300 mA ，内阻约为1 Ω)E ．滑动变阻器R 1(阻值0～10 Ω)F ．滑动变阻器R 2(阻值0～200 Ω)(1)实验中为较准确测量，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(填写仪器符号)。

(2)要求实验中小灯泡电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小。

请你为该实验小组设计电路图，画在图甲所示的方框中。

甲(3)据实验数据，计算并描绘出了R -U 的图像，如乙图所示。

由图像可知，当所加电压为3.00 V 时，灯泡实际消耗的电功率为______ W(保留三位有效数字)。

假设灯丝电阻R 与其温度t 的关系是R ＝k (t ＋273)(k 为比例系数)，室温为27 ℃，可知该灯泡正常发光时，灯丝的温度约为______ ℃。

解析：(1)本题主要考查描绘小灯泡伏安特性曲线。