高考物理大一轮复习第八章实验九描绘小电珠的伏安特性曲线讲义(含解析)教科版

1．实验原理
(1)测多组小电珠的 U、 I 的值，并绘出 I － U图像；
(2)由图线的斜率反应电流与电压和温度的关系．
2．实验器械
小电珠“ 3.8V,0.3A ”、电压表“ 0～3V～15V”、电流表“ 0～ 0.6A ～3A”、滑动变阻器、学
生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
3．实验步骤
(1) 画出电路图 ( 如图 1 甲所示 ) ．
图 1
(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连结成如图乙所示的电
路．
(3)丈量与记录
挪动滑动变阻器触头地点，测出 12 组左右不一样的电压值U和电流值 I ，并将丈量数据填入自己设计的表格中．
(4)数据办理
①在座标纸上以U为横轴， I 为纵轴，成立直角坐标系．
②在座标纸上描出各组数据所对应的点．
③将描出的点用光滑的曲线连结起来，获得小电珠的伏安特征曲线．
4．实验器械选用
(1)原则：①安全；②精准；③操作方便．
(2)详细要求
①电源同意的最大电流不小于电路中的实质最大电流．干电池中电流一般不一样意超出0.6A.
②用电器的额定电流不可以小于经过该用电器的实质最大电流．
③电压表或电流表的量程不可以小于被测电压或电流的最大值．
1
以上．
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的3
⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要采纳总阻值与待测电阻邻近的滑动变阻器，分压
式接法要采纳总阻值较小的滑动变阻器．
1．注意事项
(1)电路的连结方式：
①电流表应采纳外接法：因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小，与量程为0.6A 的电流表串连时，电流表的分压影响很大．
②滑动变阻器应采纳分压式接法：目的是使小电珠两头的电压能从0 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 0 的一端，使开封闭合时小电珠的电压能从 0 开始变化，同时也是为了防备开关刚闭合时因小电珠两头电压过大而烧坏灯丝．
(3) I－U图线在U0＝ 1.0V 左右将发生显然曲折，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现较大
偏差．
2．偏差剖析
(1)因为电压表不是理想电表，内阻并不是无量大，会带来偏差，电流表外接，因为电压表的分流，使测得的电流值大于真切值．
(2)丈量时读数带来偏差．
(3)在座标纸上描点、作图带来偏差．
命题点一教材原型实验
例 1 (2017 ·全国卷Ⅰ· 23) 某同学研究小灯泡的伏安特征，所使用的器械有：小灯泡L(额定电压 3.8V ，额定电流0.32A) ；电压表( 量程 3V，内阻 3kΩ ) ；电流表(量程 0.5A ，内阻 0.5 Ω ) ；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源 E(电动势5V，内阻不计 ) ；开关 S；导线若干．
(1)实验要求能够实此刻 0～ 3.8V 的范围内对小灯泡的电压进行丈量，在虚线框中画出实验电路原
理图．
(2) 实验测得该小灯泡伏安特征曲线如图2(a) 所示．
图 2
由实验曲线可知，跟着电流的增添小灯泡的电阻______( 填“增大”“不变”或“减小”) ，灯丝的电阻率__________( 填“增大”“不变”或“减小”) ．
(3)用另一电源 E0(电动势4V，内阻 1.00Ω)和题给器械连结成图(b)所示的电路，调理滑动
变阻器 R 的阻值，能够改变小灯泡的实质功率．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． ( 结果均保存两位小数)
答案(1) 看法析图 (2) 增大增大(3)0.391.17
分析(1) 电压表量程为3V，要求能够实此刻0～3.8V 的范围内对小灯泡的电压进行丈量，需要给电压表串连一个定值电阻扩大批程，题目中要求小灯泡两头电压从零开始，故滑动变
U 3.8 L V
阻器采纳分压式接法，小灯泡的电阻Ω＝11.875 Ω，因R
＜
R
，故电流表用外接
R L＝＝0.32 R R
I
A L
法，实验电路原理图如下图．
(2)由 IU 图像知，图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大
l
而增大，依据电阻定律R＝ρS知，灯丝的电阻率增大．
(3) 当滑动变阻器的阻值最大为9.0 Ω时，电路中的电流最小，灯泡实质功率最小，由E0＝ U ＋ I ( R＋ r )得 U＝－10I ＋4，作出图线①如下图．
由交点坐标可得U1＝1.78V， I 1＝221mA， P1＝U1I 1≈0.39W；当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯
泡耗费的功率最大，由E0＝ U＋ I ( R＋ r )得， I ＝－ U＋4，作出图线②如下图．由交点坐标
可得， U2＝3.70V， I 2＝315mA，最大的功率为P2＝ U2I 2≈1.17W.
变式 1 (2018 ·山东省泰安市上学期期末) 某同学研究小灯泡的伏安特征曲线，所使用的器材有：
小灯泡L( 额定电压 3.8V ，额定电流0.32A) ；
电压表V( 量程5V，内阻3k Ω ) ；
电流表A( 量程0.3A ，内阻0.5 Ω) ；
固定电阻 R0(阻值1.0Ω)；
滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)
电源 E(电动势5V，内阻不计)；
开关 S，导线若干；
(1)实验要求能够实此刻 0～ 0.32A 的范围内对小灯泡进行丈量，利用上述器械，设计电路，在
虚线框中画出实验电路原理图．
(2)实验测得该小灯泡的伏安特征曲线如图 3 甲所示．由实验曲线可知，跟着电流的增添小灯泡的电阻 ________( 填“增大”“不变”或“减小” ) ；设A为实验曲线上的某点，过A点的切线斜率为
k1，坐标原点与 A 点连线的斜率为 k2，在对应 A 点时小灯泡的电阻为________．
图 3
(3)用另一电源 E0(电动势3V，内阻 1.0Ω)和题给器械连结成如图乙所示的电路，调理滑动
变阻器 R 的阻值，能够改变小灯泡的实质功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的
最小功率为 ________W． ( 结果保存 2 位有效数字 )
答案(1) 看法析图(2) 增大
1
均可 ) k
(3)0.21(0.20 ～ 0.23
2
分析(1) 因本实验需要电流从零开始调理，所以应采纳滑动变阻器分压接法；因为电流表量
程较小，为了扩大电流表量程，将R0和电流表并联，因并联后的电流表内阻
R L R V
R A知足< ，故
R A R L
电流表采纳外接法，故原理图如下图：
(3) 当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为3V，等效内阻为10Ω，则有：U＝ 3－ 10I . 作出电源的I － U图像如图中直线所示．
由图线交点可知，灯泡电压为U＝1.12V，电流 I ＝188mA＝0.188A，则最小功率P＝ UI＝1.12 ×0.188W≈ 0.21W.
变式 2 (2018 ·河南省鹤壁市调研 ) 给定以下器械来研究某一小灯泡L 的伏安特征曲线．A．规格为“ 9V 9W”的小灯泡 L 一个
B．直流电流表( 量程 50mA，内阻r1 为 30Ω，示数用I1表示 )
C．直流电流表( 量程 0.2A ，内阻r2为 6Ω，示数用I2表示 )
D．直流电压表( 量程 6V，内阻约为20k Ω，示数用1表示)
U
E．直流电压表( 量程 10V，内阻约为30k Ω，示数用2表示)
U
F．定值电阻R，阻值为 1.2 Ω
G．直流电源，电动势E＝12V，内阻不计
H．滑动变阻器a，最大阻值为500Ω
I ．滑动变阻器b，最大阻值为10Ω
J．开关一个，导线若干
(1) 为了减小实验偏差，更好地描述小灯泡的伏安特征曲线，滑动变阻器应采纳________( 填写对应器械前的字母序号) ，其原因是滑动变阻器在电路中应起__________( 填“分压”或“限流” ) 作用．
(2)在虚线框中画出实验原理图．
(3) 用所选器械的示数分别写出小灯泡两头电压U L和电流I L的表达式U L＝________， I L＝
________.
(4) 丈量多组 U L 、I L 数据，作出小灯泡的伏安特征曲线．
答案 (1)I
分压 (2) 看法析图 (3) U － 6I
2 6I
2
2
分析 (1) 本实验要丈量小灯泡的伏安特征曲线，
故小灯泡两头的电压要从 0 开始变化， 则滑
动变阻器应当起分压作用，故应采纳总阻值较小的
I.
P L
(2) 对小灯泡由 I L ＝ U L ＝ 1A 可知，所给电流表的量程都较小， 故应改装为量程较大的电流表． 利
用 与定值电阻 R 并联，恰巧能够改装成量程为 1.2A 的电流表， 因为小灯泡额定电压为
9V ，
应选择量程为 10V 的电压表．因为电流表的内阻已知，选择电流表内接法，故电路图如图所 示．
(3) 由电路图可得 U 2＝ U L ＋ U R ，而 U R ＝ U A2＝ I 2r 2，
I 2r 2
故 U L ＝U 2－I 2r 2＝ U 2－ 6I 2，I L ＝ I 2＋ I R ＝ I 2＋ R ＝ 6I 2.
命题点二 实验拓展与创新
例 2 (2018 ·山西省要点中学协作体期末 ) 太阳能电池板在有光照时， 能够将光能转变为电能，在没有光照时，能够视为一个电学器件．某实验小组依据测绘小灯泡伏安特征曲线的实
验方法，研究一个太阳能电池板在没有光照时 ( 没有储藏电能 ) 的 I － U 特征．所用的器械包含：太阳能电池板，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．
图 4
(1) 为了达到上述目的，实验电路应采纳图
4 甲中的 ________( 填“ a ”或“ b ”) ．
(2) 该实验小组依据实验获得的数据，描点绘出了如图乙所示的 I － U 图像．由图可知，当电
压小于 2.00V 时，太阳能电池板的电阻________( 填“很大”或“很小” ) ；当电压为 2.80V 时，太阳能电池板的电阻为________Ω .
(3)当有光照耀时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，剖析该
曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为 ________V．若把它与阻值为 1k Ω的电阻连结组成一个闭合电路，在有光照耀状况下，该电池板的效率是 ________%.( 结果保存三位有效数字 )
答案(1) a (2)很大1000 (3)2.80 64.3(64.1 ～ 64.5 均对 )
分析(1) 用题图 a 能够在电池板上获得从零开始的电压，故应选 a 图；
(2) 由题图可知，当电压小于 2.00V 时，经过太阳能电池板的电流几乎为零，故太阳能电池板
U 的电阻很大；当电压为 2.80V 时，电流为 2.8mA，则可知太阳能电池板的电阻为R＝I＝
2.8V
2.8×10－3A＝1000Ω；
(3) 由U－I图线可知，电池板作为电源时的电动势为 2.80V ；若把它与阻值为1kΩ的电阻连接组成一个闭合电路，则画出此电阻的U－ I 图线，与电池板的U－ I 图线交于一点，读出 U
＝ 1.80V ，I＝ 1.80mA，该电池板的效率是
IU 1.80
η＝IE×100%＝2.80×100%≈64.3%.
变式 3 (2018 ·四川省凉山州三模) 某实验小组要研究一小灯泡的伏安特征曲线，并研究小灯泡在不一样电压下的实质功率，实验电路如图 5 甲所示：
图 5
(1) 闭合开关前，滑动变阻器的滑片
P 应在 ________端． ( 填“ ”或“ ”)
a b
(2) 闭合开关， 把滑片 P 向另一端挪动过程中， 发现电流表与电压表均有显然读数且读数几乎
不变，则电路中出现故障的元件可能是________． ( 填“ A ”或“ B ”)
A ．小灯泡
B ．滑动变阻器
(3) 该小组依据实验数据描述出小灯泡的伏安特征曲线如图丙所示，
可判断在图乙中小灯泡的
功率 P 与加在其两头电压的平方
U 2 的图像正确的选项是 ________． ( 选填“ 1”、“ 2”或“ 3”)
(4) 某同学将两个完整同样的这类小灯泡并联接在电源两头，
已知电源的电动势
E ＝3V 、内阻
r ＝ 2Ω，则此时每个小灯泡的实质功率为
________． ( 结果保存两位有效数字 )
答案
(1) a (2)B (3)3 (4)0.44(0.42
～ 0.46)
分析
(1) 此电路是分压电路，滑动变阻器的 aP 部分与小灯泡并联，开始时应使小灯泡两头
电压最小，故滑片应置于
a 端；
(2) 电流表与电压表均有显然读数，说明灯泡所在电路正常，电压表与电流表读数几乎不变，
说明滑动变阻器没有起到应有的作用，故可能存在故障的是滑动变阻器，应选
B ；
U 2
2
(3) 由 P ＝ R ，跟着小灯泡两头电压的增大，灯丝温度高升，灯丝电阻增大，
P 随 U 的变化变
缓，即图线为 3；
(4) 灯泡两头的电压为
U ，流过每个灯泡的电流为 I ，则 E ＝ U ＋ 2Ir ，得 U ＝ 3－ 4I ，在题图丙
中画出电源的 U － I 图线如下图
交点坐标 U ＝ 2.20V ， I ＝0.20A ，所以每个小灯泡的实质功率为：
P ＝ UI ＝ 0.44W.
变式 4
(2018 ·江西省七校第一次联考 ) 某实验小组设计了如图
6 甲所示的电路，此中
R T
为热敏电阻，电压表量程为
3V ，内阻 R V 约 10k Ω ，电流表量程为 0.5A ，内阻 R A ＝ 4.0 Ω， R
为电阻箱．
图 6
(1) 该实验小组第一利用该电路进行描述热敏电阻的伏安特征曲线的实验．闭合开关，调理电阻箱，记录不一样状况下的电压表示
数1、电流表示数
I 和电阻箱的阻值，在－
U
坐标系中，
U RI
将各组 U、 I 的数值标志在相应地点，描述出热敏电阻的部分伏安特征曲线，如图乙中曲线
1
所示．为了达成该实验，应将导线 c 端接在________(选填“ a”或“ b”)点；
(2) 利用 (1) 中记录的数据，经过剖析计算可得外电路的电压2， 2 的计算式为________；(用
U U
1 A
U、I 、R和 R 表示)
(3)实验小组利用 (2) 中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描述在I－U坐标系中，如图乙中直线所示，依据图像剖析可知，电源的电动势 E＝________V，内电阻 r ＝________Ω；(4) 实验中，当电阻箱的阻值调到8.5 Ω时，热敏电阻耗费的电功率P＝________W．(保存两位有效数字 )
答案 (1) a (2) U＝U＋I( R＋ R) (3)6.0
2 1 A
5． 0(4.8 ～ 5.2 均可 ) (4)0.46(0.44 ～ 0.48 均可 )
分析 (1) 利用伏安法测电阻，由题图乙中曲线可知热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以采纳电流表采纳外接法，故导线 c 应接在 a 点；
(2) 路端电压 U 等于外面各部分上的电压之和，则依据串、并联电路规律可知外电压U＝U
2 2 1 ＋(＋A)
I R R
(3) 直线与 U轴的交点为电动势，直线的斜率绝对值的倒数为内阻的大小；由题图乙中直线可
6－4
知电源的电动势为 6.0V ，内电阻为r＝0.4Ω＝ 5.0 Ω .
(4) 等效电源内阻r 0＝4.0Ω＋5.0 Ω＋ 8.5 Ω＝17.5 Ω；在题图乙中作等效电源的I －U图像，如下图；与热敏电阻的伏安特征曲线的交点坐标为(2.1,0.22)，所以热敏电阻的电功率为
P＝2.1×0.22W≈0.46W.。