描绘小灯泡的伏安特性曲线学案与练习汇总Word文档格式.docx
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电压U/V
电流I/A
实验结论
描绘出的图线是一条______．它的斜率随电压的增大而______，这表明小灯泡的电阻随电压（温度）升高而______．灯丝的电阻率随温度的升高而增大．灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随小灯泡两端电压的升高而明显增大，其I－U图线不再是过原点的直线．
注意事项
1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．
2．滑动变阻器应采用分压式接法：
目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．
3．I－U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差．
4．建立坐标系时，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸．
误差分析
1．测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值大．
2．描绘I－U图线时作图不准确造成的偶然误差．
3．测量时读数不准确和在坐标纸上描点不准确引起的误差．
题型一 实验仪器及电路的选择
【例1】（2010·
海淀模拟）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
器材
规格
小灯泡
标有“3.8V，
0.3A”字样
滑动变阻器R1
最大阻值10Ω，额定电流1.0A
电压表V
量程0～5V，内阻约5kΩ
滑动变阻器R2
最大阻值1kΩ，额定电流0.5A
电流表A1
量程0～100mA，内阻约4Ω
直流电源E
电动势约为6V，内阻约为0.5Ω
电流表A2
量程0～500mA，内阻约0.4Ω
导线、电键等
（1）在上述器材中，滑动变阻器应选________，电流表应选________．
（2）在图2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．
图2
图3
（3）利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出了如图3所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是（图中P为小灯泡功率）（ ）
[规范思维]
题型二 伏安特性曲线的描绘及实验结果的应用
【例2】影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．
（1）他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验．（ ）
（2）①由
（1）实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据请在图4中作出元件Z的I－U图线.
U/V
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.50
1.60
I/A
0.20
0.45
1.25
1.80
2.80
3.20
图4
②根据Z的I－U图线可判断元件Z是金属材料还是半导体材料？
图5
③把元件Z和电阻R接入如图5所示的电路中，由实验测得电阻R的I－U图线如图4所示．已知电源的电动势E＝1.5V，内阻不计．闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为________W.
[针对训练] （2011·
广东·
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（2））在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：
小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．
①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡（请填写“×
1”、“×
10”或“×
100”）；
调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图6，结果为________Ω.
图6
②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图7完成实物图8中的连线．
图7
图8
③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端，为使小电珠亮度增加，P应由中点向______________端滑动．
④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据（请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”）.
数据点
a
b
c
d
e
f
0.00
0.50
2.00
2.50
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
图9
1．（2009·
天津理综·
3）为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图9所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，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（ ）
2．（2009·
浙江高考·
22Ⅰ）如图10所示，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图中完成余下导线的连接．
图10
3．（2011·
天津塘沽区模拟）表格中所列数据是测量小灯泡U－I关系的实验数据：
U（V）
0.0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I（A）
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
（1）分析表格内实验数据可知，应选用的实验电路图是图11中的________（选填“甲”或“乙”）；
图11
（2）在如图12所示的方格纸内画出小灯泡的U－I曲线．分析曲线可知小灯泡的电阻值随I变大而________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；
图12
图13
（3）如图13所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上．已知流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流约为________A.
4．（2009·
福建理综·
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（2））某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．图14为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
器材（代号）
规格
电流表（A1）
量程0～50mA，内阻约为50Ω
电流表（A2）
量程0～200mA，内阻约为10Ω
电压表（V1）
量程0～3V，内阻约为10kΩ
电压表（V2）
量程0～15V，内阻约为25kΩ
滑动变阻器（R1）
阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A
滑动变阻器（R2）
阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA
直流电源（E）
输出电压6V，内阻不计
开关（S）、导线若干
图14
（1）为提高实验结果的准确程度，电流表应选用______；
电压表应选用________；
滑动变阻器应选用__________．（以上均填器材代号）
（2）为达到上述目的，请在虚线框图15中画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号．
图15
（3）若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？
相同点：
________________________________________________________________________.
不同点：
5．（2011·
梅州模拟）小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线．实验可供选择的器材有：
A．小灯泡（规格为“2.5V，1.2W”）
B．电流表A（量程为0～0.6A，内阻为1Ω）
C．电压表V（量程为0～3V，内阻未知）
D．滑动变阻器（0～10Ω，额定电流为1A）
E．滑动变阻器（0～5Ω，额定电流为0.5A）
F．电源（E＝3V，内阻不计）
G．定值电阻R0（阻值R0＝6Ω）
H．开关一个和导线若干
（1）要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量消除系统误差，在方框内画出实验电路图．
（2）实验中，应该选用的滑动变阻器是______（填写器材前字母代号）．
图16
（3）按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：
（I是电流表A的示数，U是电压表V的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压）．请通过计算补全表格中的空格，然后在图16中画出小灯泡的伏安特性曲线．
0.05
0.10
0.15
0.25
0.30
0.35
0.48
0.08
0.90
1.30
1.85
3.00
U灯/V
（4）该同学将与本实验中一样的两个小灯泡以及给定的定值电阻R0三者一起串联接在本实验中提供的电源两端，则每个灯泡的实际功率是________W.
6．（2011·
济南市高三模拟）某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线．他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：
0.36
0.38
现备有下列器材：
A．低压直流电源：
电压6V，内阻不计
B．电流表：
量程为0～0.6A～3A，0.6A内阻约为10Ω，3A内阻约为2Ω
C．电压表：
量程为0～3V～15V，3V内阻约为7.2kΩ，15V内阻约为36kΩ
D．滑动变阻器：
阻值为0～10Ω，额定电流为3A
E．电键K，导线若干
（1）按提供的器材，在实物图17（a）上连接正确的实验电路，要求测量误差尽可能小．
图17
（2）利用这些数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图17（b）所示，分析曲线说明通过电器元件Z的电流随电压变化的特点．
（3）若把电器元件Z接入如图17（c）所示的电路中时，通过Z的电流为0.10A，已知A、B两端电压恒为1.5V，则此时灯泡L的功率为________W.
实验学案36 描绘小灯泡的伏安特性曲线
【基础自主落实】
1．电流表 电压表 一条平滑
2．外接法 分压式
滑动变阻器
1．断开 零
曲线 减小 增大
【热点题型精析】
例1
（1）R1 A2
（2）见解析图 （3）BD
解析
（1）为方便电路调节，滑动变阻器应选择R1；
小灯泡正常工作时I额＝0.3A＝300mA>
100mA，故电流表应选A2.
（2）因为要求小灯泡
上的电压从0开始增大，滑动变阻器应选用分压式接法；
而小灯泡正常工作时R灯＝
＝
Ω≈13Ω
RV＝5kΩ，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示．
（3）在I－U图象中，图线斜率逐渐减小，小灯泡的R逐渐增大；
由P＝
知在P－U2图象中，图线的斜率
应逐渐减小，故B正确；
由P＝I2R在P－I2图象中图线的斜率R应逐渐增大，故D正确．
[规范思维]
（1）电路选择要根据具体的情况来进行确定．
（2）实验原理是确定电路的首要条件．（3）各个用电器的作用要明确，选择电路要根据需要来进行选择．
例2
（1）A
（2）①见解析图 ②半导体材料
③0.64（0.60～0.68）
解析
（1）由测量的数据及题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法．因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图．
（2）①描点画出元件Z的I－U图线如下图曲线所示．②由I－U图线可知，Z是半导体材料．③当电流强度为0.80A时，元件Z两端的电压为0.80V，定值电阻R上的电压为0.70V，此时元件Z上消耗的电功率为0.64W.
[规范思维]
（1）在描绘伏安特性曲线时应连成平滑的曲线，而不能是折线．如果这些点大致在一条直线上，则应描成一条直线，让不在直线上的点均匀分布在直线两侧．
（2）从I－U图线判断元件的电阻变化，进而判断材料性质．
[针对训练]
①×
1 7.5 ②如解析图所示
③a b ④ab
解析 ①小电珠（2.5V，0.6W）对应电阻为R＝
Ω＝10.4Ω，所以选“×
1”挡．
②电流表的电阻也就几欧，与电压表几千欧相比，小电珠的电阻算小电阻，所以电流表必须外接，伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大，所以滑动变阻器必须采用分压接法．
③从a端开始，电压为零，向b端移动，对小电珠所加电压逐渐变大．
④ab之间电流增加了0.122A，其他各段电流增加了0.03A左右．所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值．
【课时效果检测】
1．C [小灯泡中的电流逐渐增大时灯丝的温度升高，其电阻率增大，导致电阻R增大．只有C选项对．]
2．见解析
解析 滑动变阻器应采用分压式接法，如图所示
3．
（1）甲
（2）U－I曲线见解析 变大 （3）0.21
解析
（1）从表中数据可看出，小灯泡两端电压可以从零开始调节，这说明滑动变阻器应选用分压式接法，故应选用甲图．
（2）在方格纸上根据U－I数据描点、连线，其U－I图象如下图所示．随U和I的增大，图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大，故其电阻变大．
（3）因流过电阻R的电流是流过灯泡L2电流的两倍，则流过灯泡L1的电流是流过灯泡L2电流的3倍，而灯泡L1、L2两端的电压之和为3V，在
（2）描出的U－I图象中，找出一个电流I对应的电压U1，再找出3I对应的电压U2，直到U1＋U2＝3V为止．
最后得出结果，流过灯泡L1的电流约为0.21A.
4．
（1）A2 V1 R1
（2）电路图如下图所示
（3）伏安特性曲线都是非线性的． 小电珠的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值增大，而该元件的伏安特性曲线表明随电流和电压的增大电阻值减小
解析
（1）从图中所给的伏安特性曲线看出，最大电流不超过0.14A，大于电流表A1的量程，小于电流表A2的量程，所以电流表选择A2.图中的最大电压不超过V1的量程，且V1的测量更精确，R1的最大阻值与所给的伏安特性曲线反映的元件的电阻值相当，且I1＝
A＝0.4A<
1A，而R2的阻值太大，所以选择R1.
（2）待测元件的电阻满足RA<
RxRV，所以选择电流表外接法，伏安特性曲线中要求电压从零开始变化，所以选择滑动变阻器分压式接法．（3）伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒数，所测出的伏安特性曲线是斜率逐渐增大的曲线，表明电阻是随电压和电流的增大而减小的，所以是非线性的．而小电珠是金属，其伏安特性曲线也是非线性的，这是两者的相同点，但小电珠的电阻是随电压和电流的增大而增大的，这是两者的不同点．
5．
（1）见解析
（2）D （3）见解析图 （4）0.18
解析
（1）要使小灯泡两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，为测量更准确，应采用电流表内接法，实验电路图如下图所示．
（2）由于采用分压式接法，若选E，则滑动变阻器的电流I＝
A＝0.6A>
0.5A，故滑动变阻器应选用D.
（3）由第
（1）问中所画电路图分析可得：
U灯＝U－IRA，则可根据表中数据求出U灯，并画出U灯－I图线如下图所示.
0.03
0.95
1.45
2.05
2.52
（4）在同一坐标系中作出2U灯＋IR0＝E的图线，根据此图线与灯泡的U灯－I图线的交点可得此时灯泡的电压U灯＝0.6V，电流I＝0.3A．所以，灯泡的实际功率为P＝U灯I＝0.6V×
0.3A＝0.18W.
6．
（1）如下图所示
（2）电流随电压的增大非线性增大 （3）0.13
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