2012届高考物理实验描绘小灯泡的伏安特性曲线复习教案

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实验8 描绘小灯泡的伏安特性曲线
例1．2007理综重庆卷第22（1）题.
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若电压表的示数为2 V,电流表的的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_________;
②若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A, 小灯泡亮，则断路的导线为_________;
③若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为____________.
答案：(1)d导线 h导线 g导线
【解析】可用尝试法，①如d导线断路，则小灯泡断路，不亮，但电压表与电流表串联后接在电路中，因电压表内阻很大而电流表内阻很小，所以电压表有读数而电流表无读数。而其它导线（如b、c、h）断，则电压表无读数。
②只可能是h导线断路，因为不影响电流表有读数和灯泡亮。
③g导线断路，滑动变阻器接成限流器，它与灯泡串联，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零。
点评：电路故障的检查与排除，一要考靠分析电路，二要靠经验。找出答案后要再检验一下。
例2． 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，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：
I（A）0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50
U（V）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00
（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0?10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.
（2）在右图中画出小煤泡的U?I曲线.
（3）如果第15题实验中测得电池的电动势是1.5V，内阻是2.0Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）
答案．（1）见下图
（2）见右图
（3）作出U= 图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯
泡实际功率为0.28瓦
例3． 某同学对黑箱(见图1)中一个电学元件的伏安特性进行研究．通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律
①当-15V（1）在图2中画出Uab≥0时该元件的伏安特性曲线．(可用铅笔作图)
（2）根据上述实验事实．该元件具有的特性是______________________
（3）若将此黑箱接入图3电路中，并在该电路的cd两端输入如图4(甲)所示的方波电压
信号ucd,请在图4(乙)中定性画出负载电阻RL上的电压信号uef的波形．
答案．(1) (2)单向导电性 (3)
例4．（江苏省南京市2008届高三质量检测）一只小灯泡，标有“3V、0.6W”字样。现用右下图给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻R1。（滑动变阻器最大阻值为10Ω；电源电动势为12V，内阻为1Ω；电流表内阻为1Ω，电压表的内阻为10kΩ）。
（1）在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用 （选填“内接”或“外接”）法。滑动变阻器的连接方式应采用 （选填“分压式”或“限流式”）
（2）将你所设计的实验电路图（尽量减小实验误差）画在左下方的虚线框中。
（3）用笔画线当导线，根据设计的电路图将实物图连成完整的电路（图中有三根导线已经接好）。开始时，滑动变阻器的滑动触头应该移到最 端（选填“左”或“右”）。
（4）若小灯泡发光暗时的电阻为R2，你根据所学的知识可判断出R1与R2的大小关系为：R1 R2（选填“大于”、“等于”或“小于”）
（1）外接（1分） 分压式（1分）
（2）电路如图所示（3分）；
（3）连接电路如图所示（3分）；
左（1分）若其他接法正确，同样给分
（4）大于（2分）
例5．（14分）（如皋市2008届高三一轮复习）如图甲所示，为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I?U特性曲线的实验电路图．
⑴ 根据电路图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实验电路连接完整．
⑵ 开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于 端（选填“A”、“B”或“AB中间”）
⑶ 实验中测得有关数据如下表：
U/V0.400.801.201.602.002.402.80
I/A0.100.160.200.230.250.260.27
根据表中的实验数据，在图丙中画出小灯泡的I?U特性曲线.
⑷ 若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Ω,并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比,试估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为 ℃。（提示：T=273+t）
⑵. A （3分） ⑷. 1580℃～1650℃ （3分）
评分说明：⑴中电表量程选择错误，每处扣1分，其余任何错误均得0分；⑶中无横纵坐标物理量或坐标无标度得0分，横纵坐标颠倒得2分，无单位或标度不合理酌情扣分。
例6．（成都市2008届高中毕业班摸底测试）为了研究某电阻元件Rx的伏安特性，某同学设计了图甲所示的电路，图中电流表mA的量程为5mA，内阻约为10 ；电压表V（已接入电路但图中未画出）量程为3V，内阻约为3k ；电源电动热E为6V，内阻不计。
（1）实验时有两个滑动变阻器可供选择；
A．阻值0到100 ，允许通过的最大电流为0.3A
B．阻值0到10 ，允许通过的最大电流为0.5A
本实验应选的滑动变阻器是 （填“A”或“B”）
（2）正确连线后，测得数据如下表
U/V0.51.01.21.51.82.02.32.73.0
I/mA1.51.71.92.32.72.93.33.84.2
请你根据以上数据，在图乙中完成该实验的实物连线。
（1）A（2分）（2）见答图2（2分）
例7.某学习小组要描绘一只小电珠（2.5V，0.5A）的伏安特性曲线,所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：
A.电源E（电动势为3.0V ，内阻不计）
B.电压表V1（量程为0 ～3.0V ，内阻约为2kΩ）
C.电压表Ｖ2（量程为0 ～15.0V ，内阻约为6KΩ）
D.电流表A1（量程为0～0.6A ，内阻约为1Ω）
E.电流表A2（量程为0～100mA ，内阻约为2Ω）
F.滑动变阻器R1 （最大阻值10Ω）
G.滑动变阻器R2（最大阻值2kΩ）
①为了减小实验误差,实验中电压表应选择________,电流表应选择_____________,滑动变阻器应选择______________.(填器材的符号)
②为提高实验精度，请你为该学习小组设计电路图，并画在右侧的方框中。
③下表中的各组数据是此学习小组在实验中测得的，根据表格中的数据在方格纸上作出该电珠的伏安特性曲线。
U（V）00.511.52.02.5
I（A）00.170.300.390.450.49
④由图象可知，该电阻的变化特性是温度升高,电阻 .
①B；D；F (每空1分,共3分)
② (4分) ③ (3分)
例8． 描绘小灯泡的伏安特性曲线
2009高考 浙江22．Ⅰ．（9分）
（1）如图甲所示，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。
（2）某同学从标称为“220 V 25 W”、“220 V 500 W”的3只灯泡中任选一只，正确使用多用电表测量灯泡阻值如图乙所示。该灯泡的阻值是___________ ，标称的额定功率为______________ 。
答案：Ⅰ（1）如图； （2）150，“220V 300W”
【解析】Ⅰ.本题考查多用电表 和电路设计
(1)如图所示。实验要求电压从零开始调整，滑动变阻器采用分压式接法。
（2）15×10=150Ω，P= 标称300W的灯泡。
例9． （1）测小灯泡的 关系图象??2006年北京理综卷第21（2）题
某同学用如图①所示电路，测绘标有“3.8 V,0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.
图①
①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:
电流表：A1:(量程100 mA,内阻约2 );
A2:(量程0.6 A,内阻约0.3 );
电压表：V1(量程5 V,内阻约5 );
V2(量程15 V,内阻约15 );
滑动变阻器：R1（阻值范围 0~10 ）
R2（阻值范围 0~2k ）
电源：E1(电动势为1.5 V，内阻为0.2 );
E2(电动势为4 V, 内阻约为0.04 ).
为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________,滑动变阻器________________，电源___________________.(填器材的符号)
②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图②所示.由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.
　　　　　　　　　
图②
③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的__________．
解：①根据小灯泡的额定电压、额定电压与各器材的标称值容易判断，电流表选A2，电压表选V1，电源选E2，滑动变阻器选R1。。
②灯泡在不工作时，灯丝电阻为1.5 ；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为11.5 , 灯泡实际消耗的电功率为 W.
③A.
点评：本题重点考查实验器材的选择和物理图象的识别（读图），难读不太大。
例10． 测小灯泡的U-I关系图象??2006年上海物理卷第17题
表格中所列数据是测量小灯泡 U-I关系的实验数据：
(1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图 （填“甲”或“乙”）；
（2）在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随I变大而
（填“变大”、“变小”或“不 变”）；
（3）如图丙所示，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b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为 A．
解：（1）数据从0开始，所以是甲??滑动变阻器接为分压器。
（2）图线略。电阻变大（斜率变大）
（3）当 时， ，从图丙得 ，所以 。
点评：本题考查作图和读图以及电路的简单计算，说明实验题从细节着手。
例11． 测小灯泡的伏安特性曲线??2006年全国理综二卷第17（1）题
现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡（图中用 表示）的伏安特性曲线.要求所测电压范围为0.1V～4V.
现有器材：直流电源 (电动势4.5V，内阻不计)，电压表○V(量程4.5V，内阻约为4×104 )电流表 (量程250mA，内阻约为2 )，电流表 （量程500mA，内阻约为1 ），滑动变阻器 （最大值约为30 ），电键 ，导线若干.
如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是 ，下面两个电路应该选用的是 .
解：因为电流约为 ，所以选A2；因为电压表内阻大，对电路影响小，所以选用甲图。
点评：常规要求，细心会做。
无独有偶，考测小灯泡的变化曲线的也是3题，分别考查器材选择、电路图和图象的读或画，是物理实验的基本功，看来，物理实验，还是要强调双基：基本原理、基本技能。
例12． 2004年上海物理卷第18题．（10分）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，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：
I（A）0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50
U（V）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00
（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0?10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.
（2）在右图中画出小煤泡的U?I曲线.
（3）如果第15题实验中测得电池的电动势是1.5V，内阻是2.0Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）
答案：（1）见下图
（3）作出U= 图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯
泡实际功率为0.28瓦
例13． 2004年江苏省物理卷第12题．(12分)某同学对黑箱(见图1)中一个电学元件的伏安特性进行研究．通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律
①当-15V（1）在图2中画出Uab≥0时该元件的伏安特性曲线．(可用铅笔作图)
（2）根据上述实验事实．该元件具有的特性是______________________
（3）若将此黑箱接入图3电路中，并在该电路的cd两端输入如图4(甲)所示的方波电压
信号ucd,请在图4(乙)中定性画出负载电阻RL上的电压信号uef的波形．
答案：(1) (2)单向导电性 (3)
例14． 2003年上海物理卷第18题.（7分）图1为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。
⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图________；简要说明理由：____________。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）。
[2；电压可从0V调到所需电压，调节范围较大。]
⑵在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为______Ω。
[5.2；111.8（111.6?112.0均给分）]
⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：______________________________________。
[热敏温度计（提出其它实例，只要合理均给分）]
答案：（1）2；图2电路电压可从0V调到所需电压，调节范围较大。（或图3电路不能测得0V附近的数据）
（2）5.2；111.8（111.6－112.0均给分） （3）热敏温度计（提出其他实例，只要合理均给分）
15．（2010重庆卷）22.（2）在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：灯泡1，量程恰当的电流表示 A和电压V，直流电源A,滑动变阻器R，电键S等，要求灯泡两端电压从OV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某同学已连接如题22图2所示的电路，在连接最后一根导线的C端到直接电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改下
A．__________________________________________
B．_______________________________________________
③电路连接正确后，分别测得两只灯泡 和 的伏安特性曲线，如题22图3中Ⅰ和Ⅱ所示。然后将灯泡 、 与电池组（电动势和内阻均恒定）连成题22图4所示电路。多次测量后得到通过 和 的电流平均值分别为0.30A和0.60A。
A.在题22图3中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线。
B.由该曲线可知电池组的电动势为_________V，内阻为_________ 。（取2位有效数字）
15． 【答案】⑵①分压 ②A.电键不应闭合，应处于断开状态 B.滑动变阻器的滑动触头P位置不当，应将其置于b端 ③ 4.6V 2.7Ω
【解析】⑵①探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从0到额定电压变化，所以滑动变阻器必须采用分压解法。
②在连接线路时必须将每个开关断开，而图中是闭合的这是第一个错误。连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大，将分压滑动变阻器调到输出为0端，在图中是b端，以保护电源和电表。
③描绘电源的伏安特性曲线要求外电阻变化测定对应的多组路端电压和电流，本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值，然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压，用两个坐标点描绘图像。为描绘准确可以先进行理论计算，首先查出两坐标为（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），则内阻为 Ω，电动势为 ， V，然后作出准确图像如图。
16．（2010 浙江卷）21.Ⅱ. (10分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流-电压的数据如下表所示：
电流I/mA2．75.412.419.527.836.447.156.169.681.793.2
电压U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.909.1211.46
（1）用上表数据描绘电压随电流的变化曲线；
（2）为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示：请指出图丝的特征，并解释形成的原因。
16． 【答案】Ⅱ.（1）
（2）电阻随电流增大；
存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同；
第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。
17． （2010安徽卷）21．Ⅱ．（6分）太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性。所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。
（1）为了达到上述目的，请将图1连成一个完整的实验电路图。
（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图2的I-U图像。由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻_____________ （填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为____________ 。
17． 【答案】（1）如图（2）很大；1.0×103（965～1040）
【解析】（1）根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，电路连接如图；
（2）在电压小于2.00V时，由图可读出电流很小，由 得 ，太阳能电池的电阻很大；
（3）当电压为2.80V时，根据题图读出U、I，由 得：R=1.0×103Ω。


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