2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第十节 描绘小电珠的伏安特性曲线学案 新人教版-20

第十节描绘小电珠的伏安特性曲线
1．实验原理
(1)测多组小电珠的U、I的值，并绘出I－U图象；
(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。

2．实验器材
小电珠“3.8 V0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、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(如实验原理图甲)。

(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示的电路。

(3)测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中。

(4)数据处理
①在坐标纸上以U为横轴，I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。

③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。

4．实验器材选取
(1)原则：①安全；②精确；③操作方便。

(2)具体要求
①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。

干电池中电流一般不允许超过0.6 A。

②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。

③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。

④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的13
以上。

⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻值的滑动变阻器。

规律方法总结
1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 两种接法的电路图
负载R 上电压的调节范围
RE R ＋R 0≤U ≤E 0≤U ≤E 负载R 上电流的调节范围
E R ＋R 0≤I ≤E R 0≤I ≤E R
2.两种接法的适用条件 (1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)。

(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最大电阻要大)。

3．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(3.8 V 0.3 A)的电阻很小，与量程为0.6 A 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：目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一端，使开关闭合时小电珠的电压能从零开始变化，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)I －U 图线在U 0＝1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在U ＝1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差。

4．误差分析
(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，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。

例1 现要测定一个额定电压为4 V 、额定功率为1.6 W 的小灯泡的伏安特性曲线。

要求所测电压的范围为0.1～4 V 。

现有器材：直流电源E (电动势为4.5 V ，内阻不计)、电压表
(量程为4.5 V ，内阻约4×104 Ω)、电流表(量程为250 mA ，内阻约2 Ω)、电流表(量程为500 mA ，内阻约1 Ω)、滑动变阻器R (最大阻值约30 Ω)、开关S 和导线若干。

如果既要满足测量要求，又要使测量误差较小，应该选用的电流表是________；在如图中甲、乙所示的两个电路中，应该选用的是________。

甲 乙
【解析】 小灯泡的额定电流I ＝P U
＝0.4 A ，故电流表应选用；小灯泡的电阻R ＝U 2P
＝10 Ω，由于R ≪R V ，故应选电流表外接法。

【答案】 甲 例2 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，用导线a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 和h 按如图所示的方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。

闭合开关后：
(1)若电压表的示数为2 V ，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为________。

(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A ，小灯泡亮，则断路的导线为________。

(3)若反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为________。

【解析】 (1)电压表的示数为2 V ，电流表的示数为零，小灯泡不亮，说明电压表与小灯泡没有并联好(可能是d 、h 导线断路)，但电压表又与其他部分组成了闭合电路，故断路的导
线只可能是d。

(2)小灯泡亮，但电压表的示数为零，同样说明电压表与小灯泡没有并联好(可能是d、h 导线断路)，也可能说明电压表没有接入电路中，故断路的导线只可能是h。

(3)反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，
说明滑动变阻器在实际电路中没有起到如连接电路中应起到的分压作用，而仅起到限流作用，
故可断定断路的导线为g。

【答案】 (1)d(2)h(3)g
1．在描绘小灯泡的伏安特性曲线时，采用如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器
的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是( )
A．灯泡中灯丝已烧断
B．滑片接触不良
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
2．在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后( )
A．通过L1的电流为通过L2的电流的2倍
B．L1的电阻为7.5 Ω
C．L1消耗的电功率为0.75 W
D．L2消耗的电功率为0.375 W
3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流－电压的数据如下表所
示：
电流
2.7 5.412.419.527.836.447.156.169.681.79
3.2 I/mA
电压0.040.080.210.54 1.30 2.20 3.52 4.77 6.909.1211.4
U/V 6
(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线。

(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因。

4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6 V 1.5 W” 的小灯泡、导线和开关外，还有：
A．直流电源6 V(内阻不计)
B．直流电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下)
C．直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)
D．直流电压表0～10 V(内阻约为15 kΩ)
E．滑动变阻器10 Ω，2 A
F．滑动变阻器1 kΩ，0.5 A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。

(1)实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用序号表示)。

(2)在方框内画出实验电路图。

(3)试将上图所示器材连成实验电路。

5．要测绘一个标有“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(电动势为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________(填字母代号)。

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________(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1.5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W。

1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中备有下列器材：
A ．小灯泡(3.8 V 1.5 W)
B ．直流电源(电动势4.5 V ，内阻约0.4 Ω)
C ．电流表(量程0～500 mA ，内阻约0.5 Ω)
D ．电压表(量程0～5 V ，内阻约5 000 Ω)
E ．滑动变阻器R 1(0～5 Ω，额定电流2 A)
F ．滑动变阻器R 2(0～50 Ω，额定电流1 A)
G ．开关一个，导线若干
如果既要满足测量要求，又要使测量误差较小，应选择如图所示的四个电路中的________，应选用的滑动变阻器是________。

2．(2019全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U 与温度t 的关系，图中V 1和V 2为理想电压表；R 为滑动变阻器，R 0为定值电阻(阻值100 Ω)；S 为开关，E 为电源。

实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t 由温度计(图中未画出)测出。

图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA 时得到的某硅二极管U －I 关系曲线。

回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R ，使电压表V 1的示数为U 1＝____m V ；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t 升高时，硅二极管正向电阻_______(填“变大”或“变小”)，电压表V 1示数_______(填“增大”或“减小”)，此时应将R 的滑片向____(填“A”或“B”)端移动，以使V 1示数仍为U 1。

(2)由图(b)可以看出U 与t 成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为|ΔU Δt
|＝_____×10－3V /℃(保留2位有效数字)。

3．有一个标有“12 V24 W”的灯泡，为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率，需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：
A．直流电源15 V(内阻可不计)
B．直流电流表0～0.6 A～3 A(内阻0.5 Ω、0.1 Ω)
C．直流电流表0～300 mA(内阻约5 Ω)
D．直流电压表0～3 V～15 V(内阻约3 kΩ、15 kΩ)
E．直流电压表0～25 V(内阻约200 kΩ)
F．滑动变阻器10 Ω、5 A
G．滑动变阻器1 kΩ、3 A
(1)实验台上已放置开关、导线若干及灯泡，为了完成实验，需要从上述器材中再选用____(用序号字母表示)。

(2)在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图。

(3)若测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化关系的图线如图所示，由这条曲线可得出：正常发光条件下，灯丝消耗的电功率是________。

(4)如果灯丝电阻与(t＋273)的大小成正比，其中t为灯丝摄氏温度值，室温t＝27 ℃ ，
则正常发光时灯丝的温度是________℃。

第十节 描绘小电珠的伏安特性曲线
课堂练习
1．C 【解析】由图知，若电压表的电阻无穷大，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A 错。

若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B 错。

若滑动变阻器A 端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变，故D 错。

若灯泡内短路则灯泡两端电压为零，电压表指针不变，移动滑片时，只有电流表指针变化，故选C 。

2．C 【解析】因电源内阻不计，S 闭合后U L1＝3 V ，U L2＝U L3＝1.5 V 。

在I －U 图象中，可以读出相应的电流I L1＝0.25 A ，I L2＝I L3＝0.2 A ，故A 不对。

由R ＝U I
知R L1＝12 Ω，故B 不对。

由P ＝UI 知P L1＝0.75 W ，P L2＝0.3 W ，故C 正确，D 错误。

3．(1)
(2)电阻随电流增大，存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同。

第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。

4．(1)C E
(2)实验电路如图
(3)实物图连线如图所示
【解析】由I 额＝1.56
A ＝250 mA ，故电流表选C 。

因要求电压从零开始变化，变阻器用分压接法，应选小阻值的E 。

5. (1)A (2)B (3)0.1
【解析】 (1)测绘小灯泡的伏安特性曲线时，小灯泡两端的电压应从0开始，故所需要的电路为滑动变阻器分压式，滑动变阻器应选用阻值小而电流大的A 。

(2)电路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的I －U 图象，与伏安特性曲线交于一点，这点的电压与电流的乘积即为小灯泡消耗的功率，P ＝IU ＝0.10×1.0 W＝0.1 W 。

课后练习
1．丙 R 1(或E) 【解析】由于伏安特性曲线中的电压和电流均要从零开始测量，所以滑动变阻器应选用分压式，分压式接法适用于测量较大阻值电阻(与滑动变阻器的总电阻相比)，由于R 1<R L ，选用R 1时滑片移动时，电压变化明显，便于调节。

又小灯泡的电阻约R L ＝9.6 Ω，R V /R L ＞R L /R A ，所以安培表应该选用外接法，故应选用图丙所示电路。

2．(1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
3．(1)ABDF (2)见解析图 (3)23.2 W (4)1 587
【解析】(1)由灯泡的额定电压为12 V 、额定电流为0.5 A 可知，电压表应选用D ，电流表应选B ，实验采用分压式电路，滑动变阻器应选阻值小些的，故选F 。

电源A 是必选的。

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性曲线学案新人教版
- 11 - / 11- 11 - (2)因R V R >R
R A
，故应采用外接法。

滑动变阻器应用分压式连接，如图所示。

(3)由图可知，U ＝12 V 时，R ＝6.2 Ω，故灯丝正常发光时的功率P ＝U 2R
≈23.2 W。

(4)设R ＝k (t ＋273)。

由t ＝27 ℃，R 0＝1.0 Ω，得k ＝1300
Ω/K；由R ＝6.2 Ω，得t ＝1 587 ℃。