1、1实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线研究学考明确要求考试要求知识内容 测绘小灯泡的伏安特性曲线学考基本要求1.知道实验原理和实验电路图，知道伏安特性曲线与 U I 图象的区别。2会选择合适的实验器材连接实物，正确进行操作。3会设计实验数据记录表。4知道电压表、电流表读数的方法。5会用 I U 图象处理实验数据并分析变化规律。发展要求 知道小灯泡伏安特性曲线的特征，并能解释形成的原因。说明 不要求知道二极管伏安特性曲线的特征与意义。基 础 梳 理内接法 外接法电路图误差原因 电流表的分压 电压表的分流测量值和真实值的比较 R 测 Rx RAU测I测测量值大于真实值R 测 U测I测 U测Ix IV测量
2、值小于真实值适用于测量测大(填“大”或“小”)电阻或 RxRARVRx 测小(填“大”或“小”)电阻或 RVRxRxRA基 础 梳 理限流式 分压式电路组成2变阻器接入电路的特点采用“一上一下”的接法 采用“两下一上”的接法续表调压范围 EERxR Rx(不计电源内阻)0 E(不计电源内阻)适用情况负载电阻的阻值 Rx与滑动变阻器的总电阻 R 相差不多，或 R 稍大，且电压、电流变化不要求从零调起(1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值 Rx远大于滑动变阻器的总电阻 R基 础 梳 理1实验原理由于通过小灯泡的电流越大，灯丝的温度越高，灯丝的电阻率随温度的升
3、高而增大，因此灯丝的电阻随温度的升高而增大。由 R 得，在 I U 坐标系中，图线上点与原点连线的UI斜率等于电阻的倒数，故画出的小灯泡的 I U 图线为曲线。2实验器材学生电源(46 V 直流)或电池组、小灯泡 (“4 V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。3实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按图 1 所示的电路图连接好实物图。(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)图 1(2)闭合开关 S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压 U和电流 I。(3)用同
4、样的方法测量并记录几组 U 和 I，填入下表。次数 1 2 3 4 5 6 7 8电压 U/V3电流 I/A(4)断开开关，整理好器材。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)在坐标纸中描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。5实验结果与数据分析(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线。(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化。曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大。6误
5、差分析(1)系统误差：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)测量误差：测量时读数带来误差。7注意事项(1)因 I U 图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法。(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法。(3)画 I U 图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去。典 例 精 析【例 1】 有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的 I U图线。现有下列器材供选用：A电压表(05 V，内阻 10 k)B电
6、压表(015 V，内阻 20 k)C电流表(03 A，内阻 1 ) D电流表(00.6 A，内阻 0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A) F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流 6 V)、开关、导线若干4图 2(1)实验时，选用图 2 中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_。(2)实验中所用电压表应选_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用序号字母表示)(3)把图 3 中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。图 3解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据
7、。因小灯泡额定电压为 4 V，则电压表选 05 V 的 A 而舍弃 015 V 的 B，因 15 V 的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流 I0.5 A，则电流表应选 D。滑动变阻器 F 的最大阻值远大于小灯泡内阻 8 ，调节不方便，电压变化与变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去。小灯泡内阻为电流表内阻的 20 倍，电压表内阻是小灯泡的 1 80.4 101038250 倍，故电流表采用了外接法。答案 (1)描绘灯泡的 I U 图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E(3)如下图所示。连接实物电路时，一般先把电路图画出来，按照电流总是从电源正极出发通过用电器最后回到电源
8、负极的正方向顺序连接或按反方向顺序连接；连接实物图时要注意导线不能交叉，导线的端点要接在各元件的接线柱上。另外要关注电表的正、负接线柱以及量程等。【例 2】 一个小灯泡的额定电压为 6.3 V，额定电流约为 0.3 A，用以下所给的实验器材5测绘出小灯泡的伏安特性曲线。实验电路图如图 4 甲所示。甲电源 E1：电动势为 8.0 V，内阻不计；电源 E2：电动势为 12.0 V，内阻不计；电压表 V：量程为 015 V，内阻约为 10 k；电流表 A1：量程为 03 A，内阻约为 0.1 ；电流表 A2：量程为 0600 mA，内阻约为 1 ；滑动变阻器 R：最大阻值为 10 ，额定电流为 1.
9、0 A；开关 S，导线若干。(1)依照实验电路图将图乙中的实物图连接成实验电路。(2)实验中电源应该选用_；电流表应该选用_。(填字母代号)(3)实验测得的数据如下表所示，依照这些数据在图丙所示的坐标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。U/V 0 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 6.3I/A 00.050.080.100.120.140.160.180.200.230.250.270.27图 4解析 (1)依照实验电路图将实物图连接成实验电路，如图甲所示，连接分压电路实物图时，要先将电源、开关、滑动变阻器的电阻丝连成闭合电路，再从滑动变阻器
10、的滑动杆一端出发顺序连接，注意电表正负极不能接反。6(2)选择电表时，在不超过量程的情况下选择量程较小的可提高读数的精确度，小灯泡的额定电压为 6.3 V，额定电流约为 0.3 A，故电源选 E1，电流表应选 A2。(3)根据题中所给数据在题图丙所示的坐标纸中，选好标度，细心描点，利用拟合的方法连接所描绘的点迹，如图乙所示。答案 (1)如图甲所示 (2) E1 A 2 (3)如图乙所示甲乙处理该实验应注意的问题(1)调节电压时不要超过小灯泡的额定电压。(2)坐标系标度要合理选取，尽量使描出的图象占据坐标纸的大部分。(3)小灯泡电压、电流变大时，电阻变大，伏安特性图线是曲线。连线时要用平滑的曲线
11、，不能连成折线。即 学 即 练1LED 发光二极管具有体积小、亮度高、能耗低、寿命长等诸多优点，被人们誉为本世纪的新型光源，已广泛应用到电脑、手机等电子产品中。有一种 LED 手灯就是用几个发光二极管并联后作为光源使用的，其发光效率很高。它在正常工作时，正向电压约 2.8 V，电流在 10 mA 左右。现取这样一只发光二极管(电路符号可用 表示)，测量它的伏安特性，提供的实验器材如下：A电源 E(电动势为 4 V，内阻约为 2 )B滑动变阻器 R0(阻值 02 )C电流表 A1(量程 15 mA，内阻约为 10 )7D电流表 A2(量程 0.6 A，内阻约为 5 )E电压表 V1(量程 3 V
12、，内阻约为 1 k)F电压表 V2(量程 15 V，内阻约为 10 k)G开关及导线若干则：(1)电流表应选_、电压表应选_。(2)并在方框中画出电路图。答案 (1)C(或 A1) E(或 V1)(2)电路图如图所示2某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组 U 和 I 的数据：编号 1 2 3 4 5 6 7 8U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205(1)在图 5 中画出 I U 图象。图 5(2)从图象上可以看出，当
13、电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是_。(3)这表明小灯泡的电阻随温度的升高而_。解析 画出 I U 图象如图所示，曲线开始呈直线状说明开始时电阻不变，后来逐渐靠近 U轴说明电阻增大。8答案 (1) I U 图象见解析图 (2)开始时不变，后来增大 (3)增大1为探究小灯泡 L 的伏安特性，连好如图 6 所示的电路后闭合开关 S，通过移动变阻器 R的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数，描绘出的 U I 图象应是图中的( )图 6解析 由小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大知图 C 正确。答案 C2.如图 7 所示为伏安法测电阻的一种常用电路
14、，以下分析正确的是( )图 7A此接法的测量值大于真实值B此接法的测量值小于真实值C此接法要求待测电阻值小于电流表内阻D开始实验时滑动变阻器滑动头 P 应处在最右端解析 R 测 R RA故 A 项正确，B 项错误；此接法要求 R RARV故应大于电流表内U测I测 2x9阻，C 项错误；开始实验时滑动变阻器滑动头 P 应处在最左端，D 项错误。答案 A3(2018浙江温州苍南巨人中学期中)为了描绘标有“3 V,1.4 W”的小灯泡的伏安特性曲性，要求小灯泡电压能从零开始变化。所给器材如下：A电流表(0200 mA，内阻 0.5 )B电流表(00.6 A，内阻 0.01 )C电压表(03 V，内阻
15、 5 k)D电压表(015 V，内阻 50 k)E滑动变阻器(010 ，0.5 A)F滑动变阻器(01 k，0.1 A)G电源(3 V)H开关一个，导线若干(1)为了完成上述实验，实验中应选择的仪器是_。(2)在如图 8 的虚线框中画出完成此实验的电路图，并将实物(图 9)按电路图用导线连好。图 8 图 9解析 (1)灯泡的额定电压为 3 V，所以电压表的量程选择 3 V 的误差较小，额定电流I A0.47 A，所以电流表的量程选择 0.6 A 的，故实验中应选择的仪器是PU 1.43B、C、E、G、H。(2)灯泡电压能从零开始变化，滑动变阻器采用分压式接法，灯泡正常工作时的电阻R 6.4 ，
16、远小于电压表的内阻，属于小电阻，电流表采用外接法。电路图U2P 321.4和实物连线图如图所示。10答案 (1)B、C、E、G、H (2)见解析1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 和 h 按图 1 所示方式连接好电路，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：图 1(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路。(2)某同学在实验中还测出 A、 B、 C 三种元件的伏安特性曲线分别如图 2 中(a)、(b)、(c)所示，下列说法正确的是( )图 2A A 可以作为标
17、准电阻使用B B 可以作为标准电阻使用C B 的阻值随电压升高而增大D C 的阻值随电压升高而增大解析 (1)若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是 g 导线断路。(2)因 A 元件的 I U 图线是直线，说明电阻不随电压的变化而变化，故可以作为标准电阻，故 A 对，B 错；因 I U 图线的斜率的倒数表示元件电阻值的变化，故 C 对，D 错。答案 (1) g (2)AC2(201610 月浙江选考)“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，要求采用分压电路，电流表外接。小王的连线如图 3 甲所示，闭合开关 S 前请老师检查，老师指
18、出图中标示的、两根连线有一处错误，错误连线是_(填“”或“”)；图中标示的、和三根连线有一处错误，错误连线是_(填“” 、 “”或“”)。小王正确连线后，闭合开关 S 前，应将滑动变阻器滑片 C 移到_处(填“ A”或“ B”)。11闭合开关 S，此时电压表读数为_V，缓慢移动滑片 C 至某一位置时，电流表指针如图乙所示，电流表的示数为_A。甲 乙图 3解析 本实验的电路图如图所示，应该采用分压式、外接法，所以、两根导线有问题。实验开始时为了保证实验仪器的正常使用，需要将 C 拨到最左端，即A 处，开关闭合后，电压表读数为 0 V。图乙中电流表的读数为 0.32 A(不需要估读)答案 A 0
19、0.323伏安法测电阻，当被测电阻的阻值不能估计时，可采用试接的办法，如图 4 所示，让电压表一端接在电路上 a 点，另一端先后接到 b 点和 c 点。注意观察两个电表的示数，若电流表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表的两端应接在 a 和_两点。若电压表的示数有显著变化，则待测电阻的阻值跟_表的内阻可比拟，电压表应接在 a 和_两点。图 4解析 若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，即说明电压表的内阻不是很大，则待测电阻的阻值跟电压表的内阻可比拟，应采用电流表内接法，即电压表的两端应接在 a 和 c 两点；若电压表示数变化明显，说明电流表的分压作用较明显，即
20、电流表的内阻与待测电阻可比拟，应采用电流表的外接法，即电压表应接在 a、 b 两点。答案 电压 c 电流 b4在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：灯泡 L、量程恰当的电流表 A 和电压表V、直流电源 E、滑动变阻器 R、电键 S 等，要求灯泡两端电压从 0 开始变化。(1)实验中滑动变阻器应采用_接法(填“分压”或“限流”)。(2)某同学已连接如图 5 所示的电路，在连接最后一根导线的 c 端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的 2 个不当之处，并说明如何改正。12图 5_。_。解析 (1)因为要求灯泡两端电压从 0 开始变化故应选用分压式；(2)连接实物时应该断开电键，且滑动变阻器的滑动触头应滑到 b 端。答案 (1)分压(2)电键 S 应处于断开状态滑动变阻器滑动触头位置不当，应将其置于 b 端
