2020年高考物理 必考17個實(shí)驗(yàn)精講精練 專題10 描繪小電珠的伏安特性曲線（含解析）

描繪小電珠的伏安特性曲線基本知識實(shí)驗(yàn)原理：由于電流增大，小燈泡的功率也增大，溫度升高，電燈絲材料的電阻率增大，因此電燈絲的電阻增大，所以燈絲電阻并不是一個定值.由于電流越大，燈絲電阻越大，它的伏安特性曲線(I-U圖線)并不是一條直線，在該曲線上，任意一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率表示該點(diǎn)(在此電壓與電流下)的電阻的倒數(shù)，斜率越小，電阻越大.實(shí)驗(yàn)器材：“3.8V，0.3A”的小燈泡，46V學(xué)生電源(或34個電池組)，0100的滑動變阻器，015V的電壓表，006A的電流表，開關(guān)一個、導(dǎo)線若干.實(shí)驗(yàn)電路： 實(shí)驗(yàn)步驟： (1)選取適合的儀器按上圖所示的電路連接好. (2)將滑動變阻器滑片調(diào)節(jié)到A端后，閉合開關(guān). (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器，在燈泡額定電壓范圍內(nèi)讀取數(shù)組不同的電壓值和電流值，并制表記錄. (4)斷開開關(guān)，拆下導(dǎo)線，將儀器恢復(fù)原樣. (5)以I為縱軸，U為橫軸，畫出I-U曲線并進(jìn)行分析.例題和習(xí)題1.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3 V，內(nèi)阻3 k）；電流表（量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 ）；固定電阻R0（阻值1 000 ）；滑動變阻器R（阻值09.0 ）；電源E（電動勢5 V，內(nèi)阻不計(jì)）；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。（1）實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測量，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。（2）實(shí)驗(yàn)測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。由實(shí)驗(yàn)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 ）和題給器材連接成圖（b）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(shí)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。（結(jié)果均保留2位小數(shù)）【答案】23.（1）（2）增大 增大 （3）0.39 1.17【解析】（1）因?yàn)殡妷罕砹砍滩粔?，所以要與電壓表串聯(lián)電阻R0，使其量程由3V增大到4V。因?yàn)榇郎y小燈泡的電阻最大為12,而，所以待測電阻屬于小電阻，用電流表外接法。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測量，所以滑動變阻器用分壓器接法。電路圖如下圖。（2）因?yàn)殡娮铻閳D象斜率的倒數(shù)，因斜率減小，所以電阻增大。電阻率也增大。（3）當(dāng)滑動變阻器阻值為即最大時，小燈泡功率最小，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有，作出圖象，與小燈泡的圖象的交點(diǎn)為（1.75,0.22），則功率為.當(dāng)滑動變阻器阻值為即最小時，小燈泡功率最大，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有，作出圖象，與小燈泡的圖象的交點(diǎn)為（3.65,0.32），則功率為.圖象如下：2.某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8V，0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學(xué)選用的器材除了開關(guān)，導(dǎo)線外，還有：電壓表（量程03V，內(nèi)阻等于3k）電壓表（量程015V，內(nèi)阻等于15k）電流表（量程0200mA，內(nèi)阻等于10）電流表（量程03A，內(nèi)阻等于0.1）滑動變阻器（010，額定電流2A）滑動變阻器（01k，額定電流0.5A）定值電阻（阻值等于1）定值電阻（阻值等于10）請畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號旁該同學(xué)描繪出的I-U圖像應(yīng)是下圖中的_【答案】電路如圖；B【解析】用電壓表V1和R5串聯(lián)，可改裝成量程為的電表，量程為200mA的A1與定值電阻R4并聯(lián)改裝成量程為的安培表，待測小燈泡的阻值較小，故采用電流表外接電路；小燈泡的電阻隨溫度升高而變大，故該同學(xué)描繪出的I-U圖線應(yīng)該是B.3.圖1是小紅同學(xué)在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的實(shí)物連接圖。（1）根據(jù)圖1畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2）調(diào)節(jié)滑動變阻器得到了兩組電流表與電壓表的示數(shù)如圖2中的、所示，電流表量程為0.6A，電壓表量程為3V。所示讀數(shù)為：_。兩組數(shù)據(jù)得到的電阻分別為_和_?！敬鸢浮浚?） （2）0.10A、0.24A、2.00V、0.27V.。 （8.30.1）和（2.70.1），如填為（2.70.1）和（8.30.1）也行?！窘馕觥孔⒁怆娏骱碗妷旱膶?yīng)關(guān)系：電流小對應(yīng)電壓小。【點(diǎn)評】本題考查“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中實(shí)物圖轉(zhuǎn)換為電路圖以及電流表、電壓表的讀數(shù)和電阻的計(jì)算，難度：中等。4.某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實(shí)驗(yàn)器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接。實(shí)驗(yàn)要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；某次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為_A該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將_只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動勢為3V、內(nèi)阻為1的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_W(保留兩位小數(shù))?！敬鸢浮窟B線如右圖；0.44；4 2.22 2.28【解析】滑動變阻器要接成分壓電路，如圖所示。電流表每小格表示0.02A，所以電流表示數(shù)為0.44A當(dāng)外電阻與內(nèi)阻相等時，電源輸出功率最大，即為1。此時外電壓為,查圖3知電壓為1.5V時電流為0.37A，電阻則為,所以要有4個電阻并聯(lián)才可以使功率最大。最大功率為.5.為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室可供選擇的器材如下：A待測小燈泡(6V 500mA) B電流表A(0-0.6A 內(nèi)阻約0.5)C電壓表V(0-3V 內(nèi)阻5k)D滑動變阻器R1(0-lk 100mA) E滑動變阻器R2(0-5 1.5A) F電阻箱R3(0-9999.9) G直流電源E(約6V，內(nèi)阻不計(jì))H開關(guān)S，導(dǎo)線若干 圖甲 圖乙(1)將電壓表量程擴(kuò)大為6V，與它串聯(lián)的電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)為 k.(2)圖甲中畫出了實(shí)驗(yàn)的部分電路，請你補(bǔ)全電路圖；滑動變阻器應(yīng)選用 (選填"Rl"或"R2").(3)實(shí)驗(yàn)中，變阻器滑動觸頭P在ab間移動時，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓只能在3.5V-6.0V間變化，則電路中出現(xiàn)的故障可能是 (4)排除故障后，測量出多組數(shù)據(jù)。以燈泡兩端的電壓U為橫軸，電流表的示數(shù)I為縱軸，描點(diǎn)作出小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示若電壓表V的實(shí)際阻值大于5k，則小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫圖線的 (選填"上方"或"下方").【答案】（1）5 （2）電路如圖所示，改裝電壓表、外接法（3）ac間斷路 （4）上方【解析】（1）根據(jù)串聯(lián)電路電阻與電壓成正比，實(shí)驗(yàn)，所以。（2）把擴(kuò)大量程后的電壓表即原電壓表與的電阻串聯(lián)后畫在電路中。因?yàn)樾襞莸膬?nèi)阻（約）比電壓表內(nèi)阻（擴(kuò)大量程后為10）小很多而比電流表內(nèi)阻（0.5）大不多，所以用電流表外接法。因?yàn)樾襞莸碾娮栎^小，所以滑動變阻器選R2。（3）間斷路后，滑動變阻器本來是分壓器接法就變成了限流器接法，分壓器可以使小燈泡分得的電壓從0到額定電壓（6V）之間連續(xù)變化，限流器只能使小燈泡分得的電壓從某值到額定電壓（6V）之間連續(xù)變化，所謂某值是滑動變阻器的阻值的最大值與小燈泡的分壓值，大約為。為什么間斷路后小燈泡兩端的電壓只能在3.5V-6.0V間變化呢？當(dāng)滑動變阻器的滑動端P在b時，小燈泡電壓為電源電動勢6V（電源內(nèi)阻不計(jì)）。當(dāng)滑動變阻器的滑動端P在時，小燈泡電壓如果按其電阻計(jì)，根據(jù)串聯(lián)分壓原理應(yīng)該是,為什么是呢？這是因?yàn)樾襞莸碾娮璨皇枪潭ú蛔兊?，是在額定電壓下的電阻，電壓小了，電阻應(yīng)該也小，那么怎么求呢？方法如下：在小燈泡的伏安特性曲線中再畫一條電阻的伏安特性曲線如下圖中的直線。然后用直尺試著畫一條橫線，使電流相等的情況下電阻的電壓與小燈泡的電壓之和等于6V，可以看出，此時，小燈泡的電壓約為3.5V。（4）電壓表擴(kuò)大2倍量程，是根據(jù)計(jì)算出的串聯(lián)電阻為，因電壓表V的實(shí)際阻值大于5k，而串聯(lián)電阻仍然為，則電壓表擴(kuò)大量程的倍數(shù)小于2，即對于每一個電流值，對應(yīng)的實(shí)際電壓小于伏安特性曲線上的值，即每個點(diǎn)要向左移，所以小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫圖線的上方。為了更清楚地說明這個問題，我們不妨用數(shù)據(jù)說話。設(shè)電壓表V的實(shí)際阻值為6 k(大于5k)，則電壓表擴(kuò)大量程后的量程為，則原來的電壓表讀數(shù)的實(shí)際值都要乘以，根據(jù)題目提供的圖象的點(diǎn)，得到數(shù)據(jù)表如下測量次數(shù)01234567電流表A讀數(shù)I/A00.120.220.300.350.390.470.50電壓表V讀數(shù)U/V00.501.251.802.303.04.26.0電壓修正值U/V00.461.151.652.112.753.855.5根據(jù)以上表格中的數(shù)據(jù)，用電腦Excel作圖得到如下所示的圖象，圖象中，蘭線表示原來的圖象，紅線表示若電壓表V的實(shí)際阻值大于5k（例如）小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線。從圖線可以清楚地看出，小燈泡實(shí)際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫圖線的上方。 9