选修31第七章实验七描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实验七 描绘小灯泡的伏安特性曲线注意事项1. 电流表外接法： 本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采 用电流表外接法。2. 滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出 UI 图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电 路必须采用分压接法。3.保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的 a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压误差分析1. 由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，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。热点一 实验原理与实验操作

2、【例 1】 （2019 苏州市调研 ）为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列 器材：A. 小灯泡（额定电压 6 V，额定电流 600 mA）B. 电流表 A1（量程 00.6 A，内阻约为 0.5 ）C. 电流表 A2（量程 03 A，内阻约为 0.1 ）D. 电压表 V（ 量程 06 V，内阻约为 10 k ）E. 滑动变阻器 R1（010 ，2 A）F. 滑动变阻器 R2（0100 ，1.5 A）G. 直流电源 E（约 6 V）H. 开关、导线若干（1）实验中电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 （以上均填器材代号）。（2）请用笔画线代替导线，并将图电路连接完整。图1（3）实验电路连接正确

3、，闭合开关，从最左端向右端调节滑动变阻器滑片，记录 电流表和电压表相应示数， 根据实验数据在坐标系中描点如图 2 所示，则电路发 生的故障是 。解析 (3)由伏安特性曲线知，电路中有电流和电压存在，说明电路是完好的， 但明显没有测出较小的电流和电压值， 说明滑动变阻器连成了限流式接法， 即电 源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路。答案 (1)A1 R1 (2)电路图如图所示(3)电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路热点二 数据处理与分析【例 2】 (2019 江苏南京、盐城高三第一次模拟 )在“测绘小灯泡的伏安特性曲 线”实验中，甲、乙、丙三位学生用导线按如图 3 甲所示方式连接好电

4、路，电路 中所有元件都完好，且电压表和电流表已调零。闭合开关后：图3(1) 甲学生发现电压表示数为 2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，这是由于导线断路；(2) 乙学生发现电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，这是由于导线断路；(3) 丙学生发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数都不能调为零，这是由于导线 断路；(4) 电路检查完备后，用正确的电路测得小灯泡两端的电压与通过它的电流的变 化关系曲线，如图乙所示。现将它与 19 的定值电阻 R 串联，接在电动势为 8 V， 内阻为 1 的电源上，则小灯泡的实际功率是 W。解析 (1)电压表示数为 2

5、V，说明连接电压表的导线正常，电流表示数为零且灯 泡不亮，说明电路断开，所以应为 d 导线断路；(2) 电流表有示数且小灯泡亮，说明连接灯泡和电流表、电源的导线正常，电压 表示数为零，说明电压表没有接入电路，所以应为 h 导线断路；(3) 发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数 都不能调为零，说明滑动变阻器为限流式接入电路，也即 g 导线断路；(4)将电源和 19 的电阻视为一个新电源，根据 EUIr 可知，U820I，将 路端电压与电流关系画入灯泡随电压变化图象中，如图所示：I0.3 A，所以灯泡的实际功率 PUI0.6 W。答案 (1)d (2)h (3)g (

6、4)0.6(0.50.7都正确 )热点三 实验的改进与创新以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘 泥教材，体现开放性、探究性等特点。1. 以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系 2.实验对象的变迁3. 数据处理方式的改进 采用“DIS数”字化实验系统进行实验数据的采集和处理。例 3 】 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 k、）电流表（内阻约为1 、）定值电阻等。图4（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 4a 所 示，读数为 。据此应选择图 4 中的 （填“b

7、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5（3）图 5 a是根据实验数据作出的 UI 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 R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势 E 和内阻 r，电路如图 5 b所示。闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V； 断开 S2，读数为 1.00 V，结合图 5 a 的数据可算得 EV， r结(果均保留 2 位有效数字，视电

8、压表为理想电压表 )。解析 (1)欧姆表的读数 R示数倍率，得R10 ；根据实验电路产生误差的 原因知应选用电流表外接，故选择 “b”电路进行实验。(2) 滑动变阻器的滑片 P从左向右滑动， R左增大，待测电阻两端的电压增大，所 以电流表的示数增大。(3) 根据伏安特性曲线知， X 为线性元件， Y 为非线性元件，且 RX 10 。(4) 由闭合电路欧姆定律：S1、S2 均闭合，有 U1 E RXRXrS1闭合， S2断开，有 U2RXERrRX解以上两式得r 0.50 ，E3.2 V答案 (1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50(2018 伍佑中学调研 )小明同学想研究一

9、段铅芯的伏安特性曲线， 他连接了如图 6 所示的实验电路。 小亮同学认为小明的电路并不完善， 他在该电路上增加了一条 导线，得到了小明的认同。(1) 请你用笔画线在图上加上这条导线；图6(2) 对小亮改正后的电路， 在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于 (选填“最左端”或“最右端” )。(3) 闭合开关后，调节滑动变阻器，测得一组电压表和电流表的示数记录如下表：电流 I/A00.080.160.240.320.400.48电压 U/V00.631.221.681.972.232.44请根据表中的数据，在图坐标系中作出铅芯的 I U 图线(4) 由图象可知：随着温度的升高，铅芯的电阻率 (选填

10、“增大”“减小”或“不变” )。解析 (1)电路如图(2) 改正后的电路是分压电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于最左 端。(3) I U 图线如图(4) 由图象可知：随着温度的升高，图象上各点与原点连线的斜率变大，根据RUI 1k可知，铅芯的电阻变小，电阻率减小。答案 (1)见解析图 (图中或中任一条 ) (2)最左端 (3)见解析图 (4)减小活页作业（时间： 30分钟）1. （2018 11 月浙江选考 ）为了比较精确地测定阻值未知的定值电阻 R，小明设计了 如图 1 甲所示的电路。（1）实验时，闭合开关 S，滑动变阻器的滑片滑至合适位置保持不变，将 c 点先后 与 a、 b 点

11、连接，发现电压表示数变化较大，电流表示数基本不变，则测量时应将 c 点接 （选填“ a 点”或“ b 点” ） ，按此连接测量，测量结果（选填“小于”“等于”或“大于” ）Rx 的真实值。（2）根据实验测得的 6 组数据，在图乙中描点，作出了 2 条图线。你认为正确的是 （选填“”或“” ），并由图线求出电阻 Rx 。（保留 2解析 （1）由题中表述知， c 先后与 a、b 试触，电压表变化比较大，故电流表的 电阻对电路影响比较大， 所以应该使用电流表外接法， 即接 a 点，测量值比真实 值偏小。（2）根据电路的接法，当电流为零时电压表示数也为零，故图线过原点，选，由斜率的倒数即为电阻阻值可知

12、， R7.5 。答案 （1） a 点 小于 （2） 7.5 0.22. （2018 江苏溧水高级中学摸底 ）小张和小明测绘标有“ 3.8 V 0.4 A ”小灯泡的 伏安特性曲线，提供的实验器材有： （ ）A. 电源 E（4 V，内阻约 0.4 ）B. 电压表 V（2 V，内阻为 2 k ）C. 电流表 A（0.6 A，内阻约 0.3 ）D. 滑动变阻器 R（0 10 ）E. 三个定值电阻 （R1 1 k ，R22 k ，R35 k ）F. 开关及导线若干(1) 小明研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行了改装。在给定的定值电阻中选用 (选填 “R1”R“2”或

13、“R3”与)电压表 (选填 “串联”或“并联” )，完成改装。(2) 小张选好器材后，按照该实验要求连接电路，如图2 所示(图中电压表已经过改装 ) 。闭合开关前，小明发现电路中存在两处不恰当的地方，分别是： ； 。图2(3) 正确连接电路后， 闭合开关， 移动滑动变阻器的滑片 P，电压表和电流表的示 数改变，但均不能 变 为零。 由 此可以 推断电路中 发生的 故障可能是 导线 (选填图中表示导线的序号 )出现了 (选填“短路”或“断路” )。 解析 (1)电压表的量程为 2 V，内阻为 2 k ，故选用阻值是 2 k 的R2与电压表 串联后可达到实验的要求。(2) 因电压表的内阻远大于灯泡

14、的内阻，故电流表应该外接；因采用分压电路， 故滑动变阻器滑动端应该在最左端。故电路中存在两处不恰当的地方，分别是： 安培表内接，滑片在最右端。(3) 出现此故障可能是导线 8 断路引起的。答案 (1)R2 串联 (2)安培表内接 滑片在最右端 (3)8 断路3. (2018 宜兴市下学期初考 )某学习小组欲探究小灯泡 (“3 V 1.5 W” ) 的伏安 特性，可提供的实验器材如下：A. 电池组：电动势约 4.5 V，内阻可不计B. 双量程的电压表： V 1：量程为 03 V，内阻约为 3 k ； V2：量程为 015 V， 内阻约为 15 k C. 双量程的电流表： A 1：量程为 00.6

15、 A，内阻约为 1 ； A 2：量程为 03 A，内阻约为 0.1 D. 滑动变阻器 R：阻值范围 010 、允许通过最大电流为 2 AE. 开关 S，导线若干在尽量提高测量精度的情况下，请回答下列问题：(1) 根据以上器材，用笔画线代替导线将图 3 中实物图连接成完整电路图3(2) 闭合开关前，滑动变阻器的滑动片应移到 端(选填 “A”或“B”。)(3) 调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在图4 所示的坐标纸上画出小灯泡的 UI 图线。组数1234567U/V00.280.580.921.502.003.00I/A00.10.200.300.400.450.49图4(4) 根据图线可

16、估得小灯泡在常温下的电阻约为 结(果保留 2 位有效数解析 (1)为提高测量精度， 应选用 V1 和 A1；本实验应采用滑动变阻器分压式接 法，同时由于灯泡内阻较小， 故采用电流表外接法以减小误差， 故连接如图所示(2)为了让电压值从零开始调节，由图可知测量电路与滑动变阻器的左侧并联， 故开始时滑片应滑到 A 端。(3) 根据描点法可得出对应的伏安特性曲线如图所示。(4) 作出过原点的切线，如图所示，常温下的电阻即图线过原点的切线的斜率， 1则 R0.4 2.5 (2.4 2.6 均可 )。答案 见解析4. 为探究小灯泡的电功率 P和电压 U 的关系，小明测量小灯泡的电压 U 和电流 I， 利

17、用 PUI 得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“ 3.0 V，1.8 W”，电源为 12 V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为 10 。(1) 准备使用的实物电路如图 5 所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。 (用 笔画线代替导线 )图5(2) 现有 10 、20 和 50 的定值电阻，电路中的电阻 R1 应选 的定值电阻。(3) 测量结束后，应先断开开关，拆除 两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。(4) 小明处理数据后将 P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图 6 所示。 请指出图象中不恰当的地方。解析 (1)测量小灯泡的电功率与电压的关系时，小灯泡两端电压从零开始变化，

18、 所以滑动变阻器应接成分压电路。P 1.8(2)小灯泡正常工作时两端电压是 3 V，电流 ILUL 3 A0.6 A，电路总电流 E 12I0.6 A，电路总电阻 R I0.6 20 ，所以定值电阻只能选择 10 。 (3)断开开关后，电路中没有电流，但电池的两根导线相碰可能会引起电池短路， 所以应该先拆除电池两端的导线。(4) 描点作图应该根据点的分布用平滑的曲线连接；画的图线应该尽量占满坐标 纸。答案 (1)如解析图所示 (2)10 (3)电池 (4)图线画为直线；横坐标的标度不 恰当。5. (2018 南通模拟 )为描绘一只标有“2.5 V 0.75 W”字样的小灯泡的伏安特性曲 线，实

19、验室提供了如下实验器材：电压表 V(量程为 03 V，内阻约 5 k) 电流表 A1(量程为 0 0.6 A，内阻约 1 ) 电流表 A2(量程为 0 3 A，内阻约 10 ) 滑动变阻器 R1(010 ) 滑动变阻器 R2(0100 ) 干电池两节，开关 S 及导线若干图7(1) 为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表 ，滑动变阻器 ；(2) 在图 7 甲所示虚线内画出实验电路图；(3) 连接电路，闭合开关，移动变阻器滑片 P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转， 则故障的原因可能是 ；_(4) 排除故障后，正确操作得到多组 U、I 数据，利用 Excel 软

20、件描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，设小灯泡正常发光的电阻为RA，小灯泡发光较暗时的电阻为 RB，根据图象可以判断 RA(选填“大于”“等于”或“小于” )RB。解析 (1)灯泡额定电流为 0.3 A，但如果采用 3 A 量程误差过大，因此只能采用0.6 A量程的 A1，本实验中采用滑动变阻器分压接法，因此应采用总阻值较小的 滑动变阻器 R1。(2)本实验中应采用滑动变阻器分压接法，同时电流表应采用外接法，如图所示。(3)闭合开关，发现灯泡不亮，电流表指针几乎不偏转，说明电路断路。电压表 有示数，说明与电压表并联部分断路，则电路故障的原因可能是灯泡断路。(4) I U 图象中图象的斜率表示电阻的倒数，则由题图乙可知，正常发光时的斜 率较小，故说明正常发光时的电阻大于较暗时的电阻。答案 (1)A1 R1 (2)见解析图 (3)小灯泡断路(4) 大于6.