實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線1.實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗來描繪小電珠的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律.非線性2.實驗原理：金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度的升高而增大，從而使得一段金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化.對一只小電珠來說，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻可以相差幾倍到幾十倍.它的伏安特性曲線并不是一條直線，即燈絲的電阻是_的.本實驗通過描繪伏安特性曲線的方法來研究鎢絲小電珠在某一電壓變化范圍內(nèi)，其電阻的變化，從而了解它的導(dǎo)電特性.3.實驗器材：小電珠、_、_、滑動變阻器、電源、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙.4.實驗步驟電流表電壓表(1)按電路圖連接好電路.實驗電路圖如圖 S8-1 所示；實物接線圖如圖 S8-2 所示.圖 S8-1圖 S8-2(2)檢查無誤后，將滑片調(diào)節(jié)至最左端，閉合開關(guān)，讀出一組 U、I 值，記錄于表格.(3)再調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到不同位置，讀出十組不同的U、I 值，記錄于表格.(4)斷開開關(guān)，整理好器材.(5)在坐標紙上以 I 為橫軸，以 U 為縱軸，并選取適當?shù)膯挝?(6)用描點法在坐標紙上標出各組 U、I 值的對應(yīng)點位置.(7)用平滑曲線將各點依次連接起來.次數(shù) n1234567891011電壓 U/V電流 I/A(8)分析小電珠伏安特性曲線的變化規(guī)律.記錄表格：對“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗，應(yīng)明確以下幾點：圖線應(yīng)為一條過原點的_.但由于小電珠的燈絲在其兩端直線電壓由零增至額定電壓的過程中，燈絲溫度由室溫升高到近2000 ，燈絲電阻率有明顯_，故小電珠的伏安特性曲線應(yīng)為_.增大曲線實驗用的小電珠通常為“3.8 V 0.3 A”的小電珠，其在白熾狀態(tài)下電阻很小，在室溫下電阻更小，為減小實驗誤差，測量電路應(yīng)采用電流表.外接法分壓式為使小電珠上的電壓能從零開始連續(xù)變化，滑動變阻器應(yīng)采用連接.考點 1數(shù)據(jù)處理與誤差分析A.電壓表B.電流表C.電流表(量程 3 V，內(nèi)阻約 3 k)(量程 150 mA，內(nèi)阻約 2 )(量程 500 mA，內(nèi)阻約 0.6 )D.滑動變阻器 R1(020 )E.滑動變阻器 R2(0100 )F.電源 E(電動勢 4.0 V，內(nèi)阻不計)G.開關(guān) S 和導(dǎo)線若干H.待測燈泡 L(額定功率 0.75 W，額定電壓未知)次序1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310(2)在實驗過程中，該同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電壓達到 1.23 V 時，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當達到 2.70 V時，發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮，便立即斷開開關(guān)，并將所測數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中.請你根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在圖 S8-3 中作出燈泡的 U-I 圖線.圖 S8-3(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為_V；這一結(jié)果大于 1.22 V，其原因是：_.解析：因為燈泡兩端的電壓要從零開始調(diào)節(jié)，故必須用分壓法，因為是小電阻，故用外接法，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可知通過燈泡的電流達到 310 mA，因此選用 ，分壓法為調(diào)節(jié)方便選用小的滑動變阻器；先將測量數(shù)據(jù)描在 U-I 坐標系中，然后用平滑的曲線將各點連接；根據(jù)描得的圖線可知當燈泡兩端的電壓為2.5 V 時，燈泡的額定電流為 0.3 A，此時燈泡的額定功率為0.75 W；燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，當燈泡兩端的電壓增大時，燈泡的溫度也升高，故正常工作時的電阻大于常溫下的電阻，根據(jù)額定功率計算額定電壓時，得用正常工作時的電阻，不能用常溫下的電阻.答案：(1)如圖 D32 甲所示.R1(2)如圖 D32 乙所示.(3)2.5(2.42.6 均正確) 燈泡的冷態(tài)電阻小于正常工作時的電阻(或燈泡電阻隨溫度的升高而變大)甲乙圖 D32方法技巧：在描點時，一是不要忘記(0,0)這個點；二是連線時用平滑的曲線連接，使盡量多的點落在曲線上，不在曲線上的點均勻分布在曲線的兩側(cè)，較遠的點舍去；三是理解曲線斜率的意義，如果是 U-I 圖象，則各點與坐標原點連線的斜率表示電阻，如果是 I-U 圖象，則各點與坐標原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù).本實驗可以從以下三個方面改進和創(chuàng)新：(1)描繪二極管、太陽能電池在沒有光照時的伏安特性曲線；(2)電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題.U/V0.002.562.712.802.842.872.892.912.99I/mA0.000.030.070.110.340.520.750.913.02考向 1描繪二極管、太陽能電池在沒有光照時的伏安特性曲線【典題 2】LED 發(fā)光二極管技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，下表所示為某發(fā)光二極管的正向電壓 U 與正向電流 I 關(guān)系的數(shù)據(jù).(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在圖 S8-4 中畫出電壓在 2.503.00 V 范圍內(nèi)時二極管的 I-U 圖線.圖 S8-4圖 S8-5(2)分析二極管的 I-U 圖線可知二極管的電阻隨 U 變大而_(填“變大”“變小”或“不變”)，在電壓 2.503.00 V范圍內(nèi)電阻最小約為_(計算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字).(3)某同學(xué)用伏安法測電阻的電路描繪該二極管的伏安特性曲線，要求二極管的正向電壓從 0 開始變化，并使測量誤差盡量減小.圖 S8-5 是實驗器材實物圖，電壓表量程為 3 V，內(nèi)阻約為 3 k，電流表量程為 5 mA，內(nèi)阻約為 10 .圖中已連接了部分導(dǎo)線，請按實驗要求將實物圖中的連線補充完整.(4)若此 LED 發(fā)光二極管的工作電流為 2 mA，則此發(fā)光二極管應(yīng)與一阻值 R_的電阻串聯(lián)后才能與電動勢為3 V、內(nèi)阻不計的電源相連.解析：(1)先描點，然后用平滑的曲線連接；(2)I-U 圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率變大，表示電阻變小，因此當電壓U3 V 時，電阻最小，大約為 970 (20 )；(3)要描繪伏安特性曲線，需要將二極管兩端的電壓從零開始調(diào)節(jié)，故用滑動變阻器分壓的接法，因為二極管電阻比較大，為減小測量誤差用電流表內(nèi)接法；(4)根據(jù)伏安特性曲線可知，發(fā)光二極管的工作電流為 2 mA 時，其兩端的電壓為 2.97 V，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知電阻兩端的電壓為 0.03 V，電阻與二極管串聯(lián)，通過電阻的電流也為 2 mA，根據(jù)歐姆定律可得電阻 R15 .答案：(1)圖略.(2)變小970(950990 均正確)(3)如圖 D33 所示.(4)15圖 D33考向 2電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題【典題 3】(2017 年新課標卷)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡 L(額定電壓 3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程 03 V，內(nèi)阻 3 k)；電流表(量程00.5 A，內(nèi)阻 0.5 )；固定電阻 R0(阻值 1000 )；滑動變阻器R(阻值 09.0 )；電源 E(電動勢 5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān) S；導(dǎo)線若干.(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，并畫出實驗電路原理圖.(2)實驗測得該小燈泡的伏安特性曲線如圖 S8-6 甲所示.甲乙圖 S8-6由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率_(填“增大”“不變”或“減小”).(3)用另一電源 E0(電動勢 4 V，內(nèi)阻 1.00 )和題給器材連接成如圖乙所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器 R 的阻值，可以改變小燈泡的實際功率.閉合開關(guān) S，在 R 的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_W，最大功率為_W.(計算結(jié)果均保留 2 位小數(shù))解析：(1)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在 03.8 V 的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，故滑動變阻器用分壓式接法，小燈泡為小電阻，電流表用外接法，實驗電路原理圖如圖 S8-7 所示.圖 S8-7(2)由 I-U 圖象可知，切線的斜率在減小，故燈泡的電阻隨(3)當滑動變阻器的阻值為 9 時，電路電流最小，燈泡實際功率最小，此時 EUI(rR)，得 U10 I4 V，在圖中作出該直線如圖 S8-8 所示，交點坐標約為 U1.75 V，I線的斜率最大時，與燈泡的 I-U 曲線的交點坐標最大，即燈泡消耗的功率最大.當滑動變阻器電阻值 R0 時，燈泡消耗的功率最大，此時交點坐標為 U3.67 V，I0.32 A，如圖 S8-9 所示，最大的功率為 P2UI1.17 W.圖 S8-9圖 S8-8答案：(1)如圖 S8-7 所示.(2)增大增大(3)0.39 1.17方法技巧：電源與小燈泡的伏安特性曲線結(jié)合問題：電源對電路中的小燈泡供電，顯然路端電壓與電路中電流滿足關(guān)系流經(jīng)小燈泡的電流與其兩端電壓滿足小燈泡的伏安特性曲線，兩線的交點既符合閉合電路的歐姆定律，又滿足小燈泡的伏安特性曲線的特點，即為所求的電流與電壓值.