高考物理试题：实验八-描绘小灯泡伏安特性曲线

高考物理试题：实验八-描绘小灯泡伏安特性曲线第一页，共53页。实验八描绘小灯泡的伏安特性曲线第二页，共53页。实验准备

实验目的通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律.第三页，共53页。

实验原理

金属导体的电阻率随温度升高而_________，从而使得金属导体的电阻随__________变化而发生相应的变化.一个灯泡，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可能相差几倍到几十倍.它的伏安特性曲线并不是一条__________，即灯丝的电阻是非________的.本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内其阻值的变化，从而了解它的导电特性.增大温度直线线性

实验器材

小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关、导线、坐标纸.第四页，共53页。实验过程 实验步骤

(1)按电路图连接好电路.实验电路图如图S8-1所示；实物接线图如图S8-2所示.图S8-1图S8-2第五页，共53页。(2)检查无误后，将滑片调节至最左边附近，闭合电键，读出一组U、I值，记录在表格中.(3)再向右依次调节滑动变阻器的滑片到不同位置，读出十组不同的U、I值，记录在表格中.(4)断开电键，整理好器材.第六页，共53页。次数/n12345678910电压/U电流/I数据分析(1)在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，并选取适当的单位.(2)用描点法在坐标纸上标出各组I、U值的对应点位置.(3)用平滑曲线将各点依次连接起来.(4)分析小灯泡伏安特性曲线的变化规律.第七页，共53页。实验分析

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.(2)在坐标纸上描点、作图会带来误差.注意事项(1)为减小实验误差，测量电路应采用电流表外接法.(2)为使小灯泡上的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接.第八页，共53页。【基础检测】

(2013年江苏卷)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，利用P＝UI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω. (1)准备使用的实物电路如图S8-3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)第九页，共53页。图S8-3图S8-4

(2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R0应选________Ω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.第十页，共53页。

(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S8-4所示.请指出图象中不恰当的地方.

答案：(1)连线如图D32所示.(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线；横坐标的标度不合适图D32第十一页，共53页。控制方式限流式分压式电路组成》》》考点1滑动变阻器的分压式与限流式的接法⊙重点归纳

1.两种控制电路的比较第十二页，共53页。控制方式限流式分压式负载RL

上电 压调节范围0≤UL≤E负载RL

上电 流调节范围闭合开关前触 头应处位置b端a端比较(1)分压电路调节范围较大(2)限流电路能耗较小(续表)第十三页，共53页。2.两种控制电路的选择(1)下列三种情况必须选用分压式接法

①要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时(如测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路). ②当用电器的电阻RL

远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时(因为若用限流法，RL

两端电压变化不明显).③若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL

的额定值时，只能采用分压接法.第十四页，共53页。(2)下列情况可选用限流式接法

①测量时电路的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL

与R0

接近或RL

略小于R0，采用限流式接法.②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素，采用限流式接法.第十五页，共53页。⊙典例剖析 例1：(2016年贵州遵义三模)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“4.0V0.7A”；电流表电流表电压表，量程3A，内阻约为0.1Ω；，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω； ，量程3V，内阻rV＝9kΩ；标准电阻R1，阻值1Ω；标准电阻R2，阻值3kΩ；第十六页，共53页。滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；学生电源E，电动势6V，内阻不计；开关S及导线若干.甲乙丙丁图S8-5第十七页，共53页。

(1)甲同学设计了如图S8-5甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图乙所示，其读数为________V，此时L的电阻为________Ω.

(2)乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V. (3)学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.第十八页，共53页。解析：(1)因为电压表的量程为3V，所以分度值为0.1V，

(2)串联一个定值电阻，相当于增加了电压表的量程，因为电压表内阻和R2之比为3∶1，故根据欧姆定律可得电压表两端的电压与电阻R2

两端的电压之比为3∶1，因为电压表满偏，故电压表示数为3V，所以定值电阻R2

两端的电压为1V，故L上的电压为4V.第十九页，共53页。(3)首先电流表的量程太大,误差太大,应使用电流表，而的量程小于小灯泡的额定电流，所以需要将电流表的量程并联一个分流电阻，实验电路图如图增大，所以给电流表S8-6(a)或图(b)所示.

(a)答案：(1)2.305(2)4

(b)图S8-6 (3)如图S8-6(a)或(b)所示.第二十页，共53页。【考点练透】

1.(2015年宁夏银川校级一模)半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门，它们是根据“压阻效应”：就是某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化的现象.现用如图S8-7甲所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx

的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：甲乙图S8-7第二十一页，共53页。A.电源E(3V，内阻约为1Ω)B.电流表(0.6A，内阻r1＝5Ω)C.电流表(0.6A，内阻r2

约为1Ω)D.开关S，定值电阻R0(1)为了比较准确地测量电阻Rx

的阻值，请根据图7-5甲虚线框内电路图的设计，甲表选用________(填或)，乙表选用________(填或).

(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx＝______(用字母表示).第二十二页，共53页。

(3)改变力的大小，得到不同的Rx

值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx

值，最后绘成的图象如图7-5乙所示.当F竖直向下(设竖直向下为正方向)时，可得Rx

与所受压力F的数值关系是Rx＝________.(各物理量单位均为国际单位) (4)定值电阻R0的阻值应该选用________.A.1ΩC.10ΩB.5ΩD.20Ω第二十三页，共53页。

解析：(1)测电阻阻值需要测出电阻两端电压与通过电阻的电流，所给实验器材没有电压表，可以用已知内阻的电流表与待测电阻并联，测出电阻两端电压，另一个电流表串联在电路中测电路电流，故甲表用；乙表用.

(2)电阻Rx两端电压U＝I1r1，通过电阻Rx的电流I＝I2－I1，

.

(3)由图2所示图象可知，图象具有对称性，当正反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等；第二十四页，共53页。

由图象可知，电阻与压力是一次函数关系，设为Rx＝R1＋kF，

由图象可知：R1＝14Ω，把Rx＝5Ω，F＝4.5N代入关系式解得：k＝－2， 则关系式为：Rx＝14－2F.

则保护电阻阻值约为：R0＝R最小－r＝5－1＝4Ω，选项B较合适， 故选B.第二十五页，共53页。答案：(1)(3)当正反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等；Rx＝14－2F(4)B第二十六页，共53页。2.(2013年天津卷)要测绘一个标有“3V0.6W”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3V，并便于操作.已选用的器材有： 电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)； 电流表(量程为0～250mA，内阻约5Ω)； 电压表(量程为0～3V，内阻约3kΩ)； 电键一个、导线若干.第二十七页，共53页。

(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20Ω，额定电流1A) B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A) (2)实验的电路图应选用下列的图______(填字母代号).ABCD第二十八页，共53页。

(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图S8-8所示.如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.图S8-8第二十九页，共53页。

解析：本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线实验的器材选用、电路选用及实验数据处理，意在考查考生实验分析及数据处理的能力.

(1)描绘小灯泡伏安特性曲线实验要求电压调节范围大，因此滑动变阻器采用分压式，为使调节过程中电压变化尽可能均匀，选用最大阻值较小的滑动变阻器A.(2)由于小灯泡的电阻比较小，因此电流表采用外接法，选用B图.第三十页，共53页。

(3)画出电源的伏安特性曲线，如图D33

所示，两个图线的交点即为小灯泡接在电源两端时小灯泡中的电流与小灯泡两端的电压，U＝1.0V，I＝0.10A，因此小灯泡消耗的功率为P＝UI＝0.1W.

图D33答案：(1)A(2)B(3)0.1第三十一页，共53页。》》》考点2图象法处理数据⊙重点归纳

画I-U图线时，不要画成折线，要用平滑曲线连接，如果有个别偏离较远的点应该舍弃.第三十二页，共53页。⊙典例剖析 例2：(2015年辽宁四校模拟)由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线.可供选择的实验器材有：

A.待测电阻器Rx(2.5V,1.2W)B.电流表C.电压表(0～0.6A，内阻为1Ω) (0～3V，内阻未知)D.滑动变阻器(0～10Ω，额定电流1A)第三十三页，共53页。I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/VE.电源(E＝3V，内阻r＝1Ω)F.定值电阻R0(阻值5Ω)G.开关一个和导线若干(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在方框内画出实验电路图. (2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：第三十四页，共53页。图S8-9

其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，UR

是电阻器两端的实际电压.请通过计算补全表格中的空格，然后在坐标图S8-9中画出电阻器的伏安特性曲线.

(3)该同学将本实验中的电阻器Rx

以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是________W.(计算结果保留两位小数)第三十五页，共53页。

解析：(1)要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法.电路如图S8-10甲所示.甲乙图S8-10第三十六页，共53页。

(2)电压表的示数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压：UR＝U-Ir，数据如下表.电阻器的伏安特性曲线如图乙中的曲线所示.

(3)由UR＋I(r＋R0)＝E作出U-I图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器U-I图线的交点可得此时电阻器的电压UR＝0.9V，电流I＝0.35A，电阻器的实际功率为P＝UI≈0.32W.

答案：(1)如图S8-10甲所示.(2)0.100.200.350.600.901.452.052.52如图乙中的曲线所示.(3)0.32UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52第三十七页，共53页。【考点练透】

3.(2016年温江中学月考)某同学想描绘一只标称为“2.5V1.5W”的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供下列器材：A.电流表(量程3.0A，内阻约0.2Ω)B.电流表(量程0.6A，内阻约1Ω)C.电压表(量程3.0V，内阻约3kΩ)D.电压表(量程15.0V，内阻约10kΩ)E.滑动变阻器R1(最大阻值为5Ω，最大允许电流为2A)F.滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω，最大允许电流为0.5A)G.电源E(电动势3V，内阻为0.25Ω)H.电键、导线若干第三十八页，共53页。

(1)为了更好地完成实验，应选择的器材为：电流表______，电压表________，滑动变阻器________.(填器材前面的字母)(2)请你在下面的方框中作出实验原理图.图S8-11第三十九页，共53页。实验次数12345678电压U/V00.200.400.801.201.602.002.40电流I/A00.110.210.330.400.450.480.52

(3)正确连接电路后，该同学测出如下表所示的实验数据，请你在如图S8-11所示的坐标纸上描出该灯泡的伏安特性曲线.第四十页，共53页。答案：(1)BCE(2)如图D34所示.(3)如图D35所示.图D34图D35第四十一页，共53页。

4.(2013年福建卷)硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件.某实验小组设计如图S8-12甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性.图中电压表的量程选用3V，内阻为6.0kΩ；电压表量程选用15V，内阻约为30kΩ；R0

为保护电阻；直流电源电动势E约为12V，内阻不计.第四十二页，共53页。(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路.甲丙乙

S8-12第四十三页，共53页。(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表、的示数U1、U2.①某次测量时，电压表示数如图丙，则U1＝______V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA(计算结果保留两位小数).②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“－”表示反向)，并在坐标纸上建立Ix­Ux坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点，如图S8­13所示.请你标出余下的4个坐标点，并绘出Ix­Ux图线.第四十四页，共53页。项目123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.0－1.0－2.0－3.0－4.0－5.0－6.0－7.0－8.0Ix/mA0.000.00－0.01－0.02－0.04－0.07－0.12－0.19－0.29图S8-13第四十五页，共53页。③由Ix­Ux图象可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成________(填“线性”或“非线性”)关系.答案：(1)如图D36所示.图D36第四十六页，共53页。(2)①1.400.23②如图D37所示.③非线性图D37第四十七页，