實驗八描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗準備實驗目的通過實驗來描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律.實驗原理金屬導體的電阻率隨溫度升高而_，從而使得金屬導體的電阻隨_變化而發(fā)生相應的變化.一個燈泡，不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻值可能相差幾倍到幾十倍.它的伏安特性曲線并不是一條_，即燈絲的電阻是非_的.本實驗通過描繪伏安特性曲線的方法來研究鎢絲燈泡在某一電壓變化范圍內(nèi)其阻值的變化，從而了解它的導電特性.增大溫度直線線性實驗器材小燈泡、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關、導線、坐標紙.實驗過程實驗步驟(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)至最左邊附近，閉合電鍵，讀出一組 U、I 值，記錄在表格中.(3)再向右依次調(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，記錄在表格中.(4)斷開電鍵，整理好器材.次數(shù)/n12345678910電壓/U電流/I數(shù)據(jù)分析(1)在坐標紙上以 U 為橫軸，以 I 為縱軸，并選取適當?shù)膯挝?(2)用描點法在坐標紙上標出各組 I、U 值的對應點位置.(3)用平滑曲線將各點依次連接起來.(4)分析小燈泡伏安特性曲線的變化規(guī)律.實驗分析誤差分析(1)由于電壓表不是理想電表，內(nèi)阻并非無窮大，對電路的影響會帶來誤差.(2)在坐標紙上描點、作圖會帶來誤差.注意事項(1)為減小實驗誤差，測量電路應采用電流表外接法.(2)為使小燈泡上的電壓能從零開始連續(xù)變化，滑動變阻器應采用分壓式連接.【基礎檢測】(2013 年江蘇卷)為探究小燈泡的電功率 P 和電壓 U 的關系，小明測量小燈泡的電壓 U 和電流 I，利用 PUI 得到電功率.實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V1.8 W”，電源為 12 V 的電池，滑動變阻器的最大阻值為 10 .(1)準備使用的實物電路如圖 S8-3 所示.請將滑動變阻器接入電路的正確位置.(用筆畫線代替導線)圖 S8-3圖 S8-4(2)現(xiàn)有 10 、20 和 50 的定值電阻，電路中的電阻 R0應選_的定值電阻.(3)測量結(jié)束后，應先斷開開關，拆除_兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材.(4)小明處理數(shù)據(jù)后將 P、U2 描點在坐標紙上，并作出了一條直線，如圖 S8-4 所示.請指出圖象中不恰當?shù)牡胤?答案：(1)連線如圖 D32 所示.(2)10(3)電池(4)圖線不應畫為直線；橫坐標的標度不合適圖 D32控制方式限流式分壓式電路組成考點1滑動變阻器的分壓式與限流式的接法重點歸納1.兩種控制電路的比較控制方式限流式分壓式負載 RL 上電壓調(diào)節(jié)范圍0ULE負載 RL 上電流調(diào)節(jié)范圍閉合開關前觸頭應處位置b 端a 端比較(1)分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大(2)限流電路能耗較小(續(xù)表)2.兩種控制電路的選擇(1)下列三種情況必須選用分壓式接法要求回路中某部分電路的電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路).當用電器的電阻 RL 遠大于滑動變阻器的最大值 R0，且實驗要求的電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時(因為若用限流法，RL 兩端電壓變化不明顯).若采用限流接法，電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過 RL 的額定值時，只能采用分壓接法.(2)下列情況可選用限流式接法測量時電路的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且 RL 與 R0 接近或 RL 略小于 R0，采用限流式接法.電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法.沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素，采用限流式接法. 典例剖析例 1：(2016 年貴州遵義三模)某學習小組的同學擬探究小燈泡 L 的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：小燈泡 L，規(guī)格“4.0 V0.7 A”；電流表電流表電壓表，量程 3 A，內(nèi)阻約為 0.1 ；，量程 0.6 A，內(nèi)阻 r20.2 ；，量程 3 V，內(nèi)阻 rV9 k；標準電阻 R1，阻值 1 ；標準電阻 R2，阻值 3 k；滑動變阻器 R，阻值范圍 010 ；學生電源 E，電動勢 6 V，內(nèi)阻不計；開關 S 及導線若干.甲乙丙丁圖 S8-5(1)甲同學設計了如圖 S8-5 甲所示的電路來進行測量，當通過 L 的電流為 0.46 A 時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_V，此時 L 的電阻為_.(2)乙同學又設計了如圖丙所示的電路來進行測量，電壓表指針指在最大刻度時，加在 L 上的電壓值是_V.(3)學習小組認為要想更準確地描繪出 L 完整的伏安特性曲線，需要重新設計電路.請你在乙同學的基礎上利用所供器材，在圖丁所示的虛線框內(nèi)補畫出實驗電路圖，并在圖上標明所選器材代號.解析：(1)因為電壓表的量程為3 V，所以分度值為0.1 V，(2)串聯(lián)一個定值電阻，相當于增加了電壓表的量程，因為電壓表內(nèi)阻和R2 之比為31，故根據(jù)歐姆定律可得電壓表兩端的電壓與電阻 R2 兩端的電壓之比為3 1，因為電壓表滿偏，故電壓表示數(shù)為 3 V，所以定值電阻 R2 兩端的電壓為1 V，故 L上的電壓為 4 V.(3)首先電流表的量程太大,誤差太大,應使用電流表 ，而 的量程小于小燈泡的額定電流，所以需要將電流表的量程并聯(lián)一個分流電阻，實驗電路圖如圖增大，所以給電流表S8-6(a)或圖(b)所示.(a)答案：(1)2.30 5 (2)4(b)圖 S8-6(3)如圖 S8-6(a)或(b)所示.【考點練透】1.(2015 年寧夏銀川校級一模)半導體壓阻傳感器已經(jīng)廣泛地應用于航空、化工、航海、動力和醫(yī)療等部門，它們是根據(jù)“壓阻效應”：就是某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化的現(xiàn)象.現(xiàn)用如圖 S8-7 甲所示的電路研究某長薄板電阻 Rx 的壓阻效應，已知 Rx 的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實驗室中有下列器材：甲乙圖 S8-7A.電源 E(3 V，內(nèi)阻約為 1 )B.電流表 (0.6 A，內(nèi)阻 r15 )C.電流表(0.6 A，內(nèi)阻 r2 約為 1 )D.開關 S，定值電阻 R0(1)為了比較準確地測量電阻 Rx 的阻值，請根據(jù)圖 7-5 甲虛線框內(nèi)電路圖的設計，甲表選用_(填或)，乙表選用_(填或).(2)在電阻 Rx 上加一個豎直向下的力 F(設豎直向下為正方向)，閉合開關 S，記下電表讀數(shù)，A1 的讀數(shù)為 I1，A2 的讀數(shù)為I2，得 Rx_(用字母表示).(3)改變力的大小，得到不同的 Rx 值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并改變力的大小，得到不同的 Rx 值，最后繪成的圖象如圖 7-5 乙所示.當 F 豎直向下(設豎直向下為正方向)時，可得 Rx 與所受壓力 F 的數(shù)值關系是 Rx_.(各物理量單位均為國際單位)(4)定值電阻 R0 的阻值應該選用_.A.1 C.10 B.5 D.20 解析：(1)測電阻阻值需要測出電阻兩端電壓與通過電阻的電流，所給實驗器材沒有電壓表，可以用已知內(nèi)阻的電流表 與待測電阻并聯(lián)，測出電阻兩端電壓，另一個電流表串聯(lián)在電路中測電路電流，故甲表用；乙表用.(2)電阻Rx兩端電壓UI1r1，通過電阻Rx的電流II2I1，.(3)由圖2 所示圖象可知，圖象具有對稱性，當正反向壓力大小相等時，對應的電阻阻值相等；由圖象可知，電阻與壓力是一次函數(shù)關系，設為RxR1kF，由圖象可知：R114 ，把Rx5 ，F(xiàn)4.5 N代入關系式解得：k2，則關系式為：Rx142F.則保護電阻阻值約為：R0R最小r514 ，選項B較合適，故選 B.答案：(1)(3)當正反向壓力大小相等時，對應的電阻阻值相等；Rx142F(4)B2.(2013 年天津卷)要測繪一個標有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到 3 V，并便于操作.已選用的器材有：電池組(電動勢為 4.5 V，內(nèi)阻約 1 )；電流表(量程為 0250 mA，內(nèi)阻約 5 )；電壓表(量程為 03 V，內(nèi)阻約 3 k)；電鍵一個、導線若干.(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的_(填字母代號).A.滑動變阻器(最大阻值 20 ，額定電流 1 A)B.滑動變阻器(最大阻值 1750 ，額定電流 0.3 A)(2)實驗的電路圖應選用下列的圖_(填字母代號).ABCD(3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖 S8-8 所示.如果將這個小燈泡接到電動勢為 1.5 V，內(nèi)阻為 5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W.圖 S8-8解析：本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線實驗的器材選用、電路選用及實驗數(shù)據(jù)處理，意在考查考生實驗分析及數(shù)據(jù)處理的能力.(1)描繪小燈泡伏安特性曲線實驗要求電壓調(diào)節(jié)范圍大，因此滑動變阻器采用分壓式，為使調(diào)節(jié)過程中電壓變化盡可能均勻，選用最大阻值較小的滑動變阻器 A.(2)由于小燈泡的電阻比較小，因此電流表采用外接法，選用 B 圖.(3)畫出電源的伏安特性曲線，如圖D33 所示，兩個圖線的交點即為小燈泡接在電源兩端時小燈泡中的電流與小燈泡兩端的電壓，U1.0 V，I0.10 A，因此小燈泡消耗的功率為 PUI0.1 W.圖 D33答案：(1)A (2)B(3)0.1考點2圖象法處理數(shù)據(jù)重點歸納畫 I-U 圖線時，不要畫成折線，要用平滑曲線連接，如果有個別偏離較遠的點應該舍棄. 典例剖析例 2：(2015 年遼寧四校模擬)由金屬絲制成的電阻阻值會隨溫度的升高而變大.某同學為研究這一現(xiàn)象，親自動手通過實驗描繪這樣一個電阻器的伏安特性曲線.可供選擇的實驗器材有：A.待測電阻器 Rx(2.5 V,1.2 W)B.電流表C.電壓表(00.6 A，內(nèi)阻為 1 )(03 V，內(nèi)阻未知)D.滑動變阻器(010 ，額定電流 1 A)I/A0.150.200.250.300.350.400.450.48U/V0.250.400.600.901.251.852.503.00UR/VE.電源(E3 V，內(nèi)阻 r1 )F.定值電阻 R0(阻值 5 )G.開關一個和導線若干(1)實驗時，該同學采用電流表內(nèi)接法，并且電阻器兩端電壓從零開始變化，請在方框內(nèi)畫出實驗電路圖.(2)按照正確的電路圖，該同學測得實驗數(shù)據(jù)如下：圖 S8-9其中，I 是電流表的示數(shù)，U 是電壓表的示數(shù)，UR 是電阻器兩端的實際電壓.請通過計算補全表格中的空格，然后在坐標圖 S8-9 中畫出電阻器的伏安特性曲線.(3)該同學將本實驗中的電阻器 Rx 以及給定的定值電阻 R0二者串聯(lián)起來，接在本實驗提供的電源兩端，則電阻器的實際功率是_W.(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))解析：(1)要使電阻器兩端電壓從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法.電路如圖 S8-10 甲所示.甲乙圖 S8-10(2)電壓表的示數(shù)減去電流表的分壓即為電阻器兩端的電壓：URU-Ir，數(shù)據(jù)如下表.電阻器的伏安特性曲線如圖乙中的曲線所示.(3)由URI(rR0)E 作出U-I 圖象如圖乙中直線所示，由此圖象與電阻器 U-I 圖線的交點可得此時電阻器的電壓 UR0.9 V，電流 I0.35 A，電阻器的實際功率為 PUI0.32 W.答案：(1)如圖 S8-10 甲所示.(2)0.10 0.200.350.600.901.452.052.52如圖乙中的曲線所示.(3)0.32UR/V0.100.200.350.600.901.452.052.52【考點練透】3.(2016 年溫江中學月考)某同學想描繪一只標稱為“2.5 V1.5 W”的小燈泡的伏安特性曲線，實驗室提供下列器材：A.電流表(量程 3.0 A，內(nèi)阻約 0.2 )B.電流表 (量程 0.6 A，內(nèi)阻約 1 )C.電壓表 (量程 3.0 V，內(nèi)阻約 3 k)D.電壓表(量程 15.0 V，內(nèi)阻約 10 k)E.滑動變阻器 R1(最大阻值為 5 ，最大允許電流為 2 A)F.滑動變阻器 R2(最大阻值為 500 ，最大允許電流為 0.5 A)G.電源 E(電動勢 3 V，內(nèi)阻為 0.25 )H.電鍵、導線若干(1)為了更好地完成實驗，應選擇的器材為：電流表_，電壓表_，滑動變阻器_.(填器材前面的字母)(2)請你在下面的方框中作出實驗原理圖.圖 S8-11實驗次數(shù)12345678電壓 U/V00.20 0.400.801.201.602.002.40電流 I/A00.110.210.330.400.450.480.52(3)正確連接電路后，該同學測出如下表所示的實驗數(shù)據(jù)，請你在如圖 S8-11 所示的坐標紙上描出該燈泡的伏安特性曲線.答案：(1)B CE(2)如圖 D34 所示.(3)如圖 D35 所示.圖 D34圖 D354.(2013 年福建卷)硅光電池在無光照時不產(chǎn)生電能，可視為一電子元件.某實驗小組設計如圖 S8-12 甲電路，給硅光電池加反向電壓(硅光電池負極接高電勢點，正極接低電勢點)，探究其在無光照時的反向伏安特性.圖中電壓表的量程選用3 V，內(nèi)阻為 6.0 k；電壓表量程選用 15 V，內(nèi)阻約為30 k；R0 為保護電阻；直流電源電動勢 E 約為 12 V，內(nèi)阻不計.(1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙連接成完整電路.甲丙乙S8-12(2)用遮光罩罩住硅光電池，閉合開關 S，調(diào)節(jié)變阻器 R，讀出電壓表、的示數(shù)U1、U2.某次測量時，電壓表示數(shù)如圖丙，則 U1_V，可算出通過硅光電池的反向電流大小為_mA(計算結(jié)果保留兩位小數(shù)).該小組測出大量數(shù)據(jù)，篩選出下表所示的9組U1、U2數(shù)據(jù)，算出相應的硅光電池兩端反向電壓Ux和通過的反向電流Ix(表中“”表示反向)，并在坐標紙上建立Ix-Ux坐標系，標出了與表中前5組Ux、Ix數(shù)據(jù)對應的5個坐標點，如圖S8-13所示.請你標出余下的4個坐標點，并繪出Ix-Ux圖線.項目123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA0.000.000.01 0.02 0.040.07 0.12 0.190.29圖 S8-13由Ix-Ux圖象可知，硅光電池無光照下加反向電壓時，Ix與Ux成_(填“線性”或“非線性”)關系.答案：(1)如圖 D36 所示.圖 D36(2)1.400.23如圖 D37 所示.非線性圖 D37方法控制電路的選擇用滑動變阻器控制電路時，有兩種接法，一種是滑動變阻器分壓式接法，一種是滑動變阻器限流式接法.U/V0.00.20.501.01.52.02.53.0I/A0.000 0.050 0.1000.1500.180 0.1950.2050.215例 3：下表中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡 U-I 關系的實驗數(shù)據(jù)：(1)分析上表內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)可知，應選用的實驗電路圖是圖S8-14 中的_(填“甲”或“乙”).圖 S8-14(2)試分析所選實驗電路圖存在誤差的原因.審題突破：如何判斷是限流還是分壓，要從題目給的表格中的數(shù)據(jù)計算出待測電阻的大概阻值來進行判斷.解析：(1)從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，小燈泡的電壓和電流從零開始逐漸變化.甲圖所示電路中滑動變阻器采用分壓接法，可以獲得從零開始變化的電壓，符合圖中數(shù)據(jù)的要求.所以應選用的實驗電路圖是甲圖.(2)由甲圖可知，電流表的分壓會造成實驗誤差，因為小燈泡的電阻較小，和電流表內(nèi)阻相差不太大，電流表最好用外接方式.答案：(1)甲(2)電流表的分壓同類延伸：本題中的控制電路使用了分壓接法，分壓接法的特點是電壓和電流可以從零開始調(diào)節(jié)，如測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路均要用分壓接法.【觸類旁通】在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實驗中備有下列器材：A.小電珠(3.8 V,1.5 W)B.直流電源(電動勢 4.5 V，內(nèi)阻約 0.4 )C.電流表(量程 0500 mA，內(nèi)阻約 0.5 )D.電壓表(量程 05 V，內(nèi)阻約 5 k)E.滑動變阻器 R1(05 ，額定電流 2 A)F.滑動變阻器 R2(050 ，額定電流 1 A)G.開關一個，導線若干如果既要滿足測量要求，又要使測量誤差較小，應選擇圖S8-15 所示的四個電路中的_，應選用的滑動變阻器是_.圖 S8-15答案：丙E