實驗8 描繪小燈泡的伏安特性曲線
例1．2007理綜重慶卷第22（1）題.
在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中.用導線a、b、c、d、e、f、g和h按圖1所示方式連接電路,電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零.閉合開關(guān)后;
圖1
①若電壓表的示數(shù)為2 V,電流表的的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則斷路的導線為_________;
②若電壓表的示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3 A, 小燈泡亮，則斷路的導線為_________;
③若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器,小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零，則斷路的導線為____________.
答案：(1)d導線 h導線 g導線
【解析】可用嘗試法，①如d導線斷路，則小燈泡斷路，不亮，但電壓表與電流表串聯(lián)后接在電路中，因電壓表內(nèi)阻很大而電流表內(nèi)阻很小，所以電壓表有讀數(shù)而電流表無讀數(shù)。而其它導線（如b、c、h）斷，則電壓表無讀數(shù)。
②只可能是h導線斷路，因為不影響電流表有讀數(shù)和燈泡亮。
③g導線斷路，滑動變阻器接成限流器，它與燈泡串聯(lián)，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零。
點評：電路故障的檢查與排除，一要考靠分析電路，二要靠經(jīng)驗。找出答案后要再檢驗一下。
例2． 小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大.某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）：
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）在左下框中畫出實驗電路圖. 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0?10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導線若干.
（2）在右圖中畫出小煤泡的U?I曲線.
（3）如果第15題實驗中測得電池的電動勢是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω.問：將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實際功率是多少？（簡要寫出求解過程；若需作圖，可直接畫在第（2）小題的方格圖中）
答案．（1）見下圖
（2）見右圖
（3）作出U= 圖線，可得小燈泡工作電流為0.35安，工作電壓為0.80伏，因此小燈
泡實際功率為0.28瓦
例3． 某同學對黑箱(見圖1)中一個電學元件的伏安特性進行研究．通過正確測量，他發(fā)現(xiàn)該元件兩端的電壓Uab(Uab=Ua-Ub)與流過它的電流I之間的變化關(guān)系有如下規(guī)律
①當-15V
（2）根據(jù)上述實驗事實．該元件具有的特性是______________________
（3）若將此黑箱接入圖3電路中，并在該電路的cd兩端輸入如圖4(甲)所示的方波電壓
信號ucd,請在圖4(乙)中定性畫出負載電阻RL上的電壓信號uef的波形．
答案．(1) (2)單向?qū)щ娦?(3)
例4．（江蘇省南京市2008屆高三質(zhì)量檢測）一只小燈泡，標有“3V、0.6W”字樣。現(xiàn)用右下圖給出的器材測量該小燈泡正常發(fā)光時的電阻R1。（滑動變阻器最大阻值為10Ω；電源電動勢為12V，內(nèi)阻為1Ω；電流表內(nèi)阻為1Ω，電壓表的內(nèi)阻為10kΩ）。
（1）在設(shè)計電路的過程中，為了盡量減小實驗誤差，電流表應(yīng)采用 （選填“內(nèi)接”或“外接”）法。滑動變阻器的連接方式應(yīng)采用 （選填“分壓式”或“限流式”）
（2）將你所設(shè)計的實驗電路圖（盡量減小實驗誤差）畫在左下方的虛線框中。
（3）用筆畫線當導線，根據(jù)設(shè)計的電路圖將實物圖連成完整的電路（圖中有三根導線已經(jīng)接好）。開始時，滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)該移到最 端（選填“左”或“右”）。
（4）若小燈泡發(fā)光暗時的電阻為R2，你根據(jù)所學的知識可判斷出R1與R2的大小關(guān)系為：R1 R2（選填“大于”、“等于”或“小于”）
（1）外接（1分） 分壓式（1分）
（2）電路如圖所示（3分）；
（3）連接電路如圖所示（3分）；
左（1分）若其他接法正確，同樣給分
（4）大于（2分）
例5．（14分）（如皋市2008屆高三一輪復(fù)習）如圖甲所示，為某同學測繪額定電壓為2.5V的小燈泡的I?U特性曲線的實驗電路圖．
⑴ 根據(jù)電路圖甲，用筆畫線代替導線，將圖乙中的實驗電路連接完整．
⑵ 開關(guān)S閉合之前，圖乙中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于 端（選填“A”、“B”或“AB中間”）
⑶ 實驗中測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：
U/V0.400.801.201.602.002.402.80
I/A0.100.160.200.230.250.260.27
根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù)，在圖丙中畫出小燈泡的I?U特性曲線.
⑷ 若已知小燈泡燈絲在27℃時電阻值約為1.5Ω,并且其電阻值與燈絲的熱力學溫度成正比,試估算該燈泡以額定功率工作時燈絲的溫度約為 ℃。（提示：T=273+t）
⑵. A （3分） ⑷. 1580℃～1650℃ （3分）
評分說明：⑴中電表量程選擇錯誤，每處扣1分，其余任何錯誤均得0分；⑶中無橫縱坐標物理量或坐標無標度得0分，橫縱坐標顛倒得2分，無單位或標度不合理酌情扣分。
例6．（成都市2008屆高中畢業(yè)班摸底測試）為了研究某電阻元件Rx的伏安特性，某同學設(shè)計了圖甲所示的電路，圖中電流表mA的量程為5mA，內(nèi)阻約為10 ；電壓表V（已接入電路但圖中未畫出）量程為3V，內(nèi)阻約為3k ；電源電動熱E為6V，內(nèi)阻不計。
（1）實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇；
A．阻值0到100 ，允許通過的最大電流為0.3A
B．阻值0到10 ，允許通過的最大電流為0.5A
本實驗應(yīng)選的滑動變阻器是 （填“A”或“B”）
（2）正確連線后，測得數(shù)據(jù)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
請你根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在圖乙中完成該實驗的實物連線。
（1）A（2分）（2）見答圖2（2分）
例7.某學習小組要描繪一只小電珠（2.5V，0.5A）的伏安特性曲線,所供選擇的器材除了導線和開關(guān)外，還有以下一些器材可供選擇：
A.電源E（電動勢為3.0V ，內(nèi)阻不計）
B.電壓表V1（量程為0 ～3.0V ，內(nèi)阻約為2kΩ）
C.電壓表Ｖ2（量程為0 ～15.0V ，內(nèi)阻約為6KΩ）
D.電流表A1（量程為0～0.6A ，內(nèi)阻約為1Ω）
E.電流表A2（量程為0～100mA ，內(nèi)阻約為2Ω）
F.滑動變阻器R1 （最大阻值10Ω）
G.滑動變阻器R2（最大阻值2kΩ）
①為了減小實驗誤差,實驗中電壓表應(yīng)選擇________,電流表應(yīng)選擇_____________,滑動變阻器應(yīng)選擇______________.(填器材的符號)
②為提高實驗精度，請你為該學習小組設(shè)計電路圖，并畫在右側(cè)的方框中。
③下表中的各組數(shù)據(jù)是此學習小組在實驗中測得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在方格紙上作出該電珠的伏安特性曲線。
U（V）00.511.52.02.5
I（A）00.170.300.390.450.49
④由圖象可知，該電阻的變化特性是溫度升高,電阻 .
①B；D；F (每空1分,共3分)
② (4分) ③ (3分)
例8． 描繪小燈泡的伏安特性曲線
2009高考 浙江22．Ⅰ．（9分）
（1）如圖甲所示，在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，同組同學已經(jīng)完成部分導線的連接，請你在實物接線圖中完成余下導線的連接。
（2）某同學從標稱為“220 V 25 W”、“220 V 500 W”的3只燈泡中任選一只，正確使用多用電表測量燈泡阻值如圖乙所示。該燈泡的阻值是___________ ，標稱的額定功率為______________ 。
答案：Ⅰ（1）如圖； （2）150，“220V 300W”
【解析】Ⅰ.本題考查多用電表 和電路設(shè)計
(1)如圖所示。實驗要求電壓從零開始調(diào)整，滑動變阻器采用分壓式接法。
（2）15×10=150Ω，P= 標稱300W的燈泡。
例9． （1）測小燈泡的 關(guān)系圖象??2006年北京理綜卷第21（2）題
某同學用如圖①所示電路，測繪標有“3.8 V,0.3 A”的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象.
圖①
①除了導線和開關(guān)外，有以下一些器材可供選擇:
電流表：A1:(量程100 mA,內(nèi)阻約2 );
A2:(量程0.6 A,內(nèi)阻約0.3 );
電壓表：V1(量程5 V,內(nèi)阻約5 );
V2(量程15 V,內(nèi)阻約15 );
滑動變阻器：R1（阻值范圍 0~10 ）
R2（阻值范圍 0~2k ）
電源：E1(電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為0.2 );
E2(電動勢為4 V, 內(nèi)阻約為0.04 ).
為了調(diào)節(jié)方便，測量準確，實驗中應(yīng)選用電流表___________，電壓表______________,滑動變阻器________________，電源___________________.(填器材的符號)
②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算并描繪出R-U的圖象如圖②所示.由圖象可知，此燈泡在不工作時，燈絲電阻為___________；當所加電壓為3.00 V時，燈絲電阻為____________,燈泡實際消耗的電功率為___________W.
圖②
③根據(jù)R-U圖象，可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關(guān)系.符合該關(guān)系的示意圖是下列圖中的__________．
解：①根據(jù)小燈泡的額定電壓、額定電壓與各器材的標稱值容易判斷，電流表選A2，電壓表選V1，電源選E2，滑動變阻器選R1。。
②燈泡在不工作時，燈絲電阻為1.5 ；當所加電壓為3.00 V時，燈絲電阻為11.5 , 燈泡實際消耗的電功率為 W.
③A.
點評：本題重點考查實驗器材的選擇和物理圖象的識別（讀圖），難讀不太大。
例10． 測小燈泡的U-I關(guān)系圖象??2006年上海物理卷第17題
表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡 U-I關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)：
(1）分析上表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實驗電路圖是圖 （填“甲”或“乙”）；
（2）在方格紙內(nèi)畫出小燈泡的U-I曲線．分析曲線可知小燈泡的電阻隨I變大而
（填“變大”、“變小”或“不 變”）；
（3）如圖丙所示，用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡組成串并聯(lián)電路，連接到內(nèi)阻不計、電動勢為3V的電源上．已知流過電阻R的電流是流過燈泡b電流的兩倍，則流過燈泡b的電流約為 A．
解：（1）數(shù)據(jù)從0開始，所以是甲??滑動變阻器接為分壓器。
（2）圖線略。電阻變大（斜率變大）
（3）當 時， ，從圖丙得 ，所以 。
點評：本題考查作圖和讀圖以及電路的簡單計算，說明實驗題從細節(jié)著手。
例11． 測小燈泡的伏安特性曲線??2006年全國理綜二卷第17（1）題
現(xiàn)要測定一個額定電壓4V、額定功率1.6W的小燈泡（圖中用 表示）的伏安特性曲線.要求所測電壓范圍為0.1V～4V.
現(xiàn)有器材：直流電源 (電動勢4.5V，內(nèi)阻不計)，電壓表○V(量程4.5V，內(nèi)阻約為4×104 )電流表 (量程250mA，內(nèi)阻約為2 )，電流表 （量程500mA，內(nèi)阻約為1 ），滑動變阻器 （最大值約為30 ），電鍵 ，導線若干.
如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應(yīng)該選用的電流表是 ，下面兩個電路應(yīng)該選用的是 .
解：因為電流約為 ，所以選A2；因為電壓表內(nèi)阻大，對電路影響小，所以選用甲圖。
點評：常規(guī)要求，細心會做。
無獨有偶，考測小燈泡的變化曲線的也是3題，分別考查器材選擇、電路圖和圖象的讀或畫，是物理實驗的基本功，看來，物理實驗，還是要強調(diào)雙基：基本原理、基本技能。
例12． 2004年上海物理卷第18題．（10分）小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大.某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）：
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）在左下框中畫出實驗電路圖. 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0?10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導線若干.
（2）在右圖中畫出小煤泡的U?I曲線.
（3）如果第15題實驗中測得電池的電動勢是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω.問：將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實際功率是多少？（簡要寫出求解過程；若需作圖，可直接畫在第（2）小題的方格圖中）
答案：（1）見下圖
（3）作出U= 圖線，可得小燈泡工作電流為0.35安，工作電壓為0.80伏，因此小燈
泡實際功率為0.28瓦
例13． 2004年江蘇省物理卷第12題．(12分)某同學對黑箱(見圖1)中一個電學元件的伏安特性進行研究．通過正確測量，他發(fā)現(xiàn)該元件兩端的電壓Uab(Uab=Ua-Ub)與流過它的電流I之間的變化關(guān)系有如下規(guī)律
①當-15V
（2）根據(jù)上述實驗事實．該元件具有的特性是______________________
（3）若將此黑箱接入圖3電路中，并在該電路的cd兩端輸入如圖4(甲)所示的方波電壓
信號ucd,請在圖4(乙)中定性畫出負載電阻RL上的電壓信號uef的波形．
答案：(1) (2)單向?qū)щ娦?(3)
例14． 2003年上海物理卷第18題.（7分）圖1為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。
⑴為了通過測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應(yīng)選擇的是圖________；簡要說明理由：____________。（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0-100Ω）。
[2；電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大。]
⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為______Ω。
[5.2；111.8（111.6?112.0均給分）]
⑶舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：______________________________________。
[熱敏溫度計（提出其它實例，只要合理均給分）]
答案：（1）2；圖2電路電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大。（或圖3電路不能測得0V附近的數(shù)據(jù)）
（2）5.2；111.8（111.6－112.0均給分） （3）熱敏溫度計（提出其他實例，只要合理均給分）
15．（2010重慶卷）22.（2）在探究小燈泡的伏安特性實驗中，所用器材有：燈泡1，量程恰當?shù)碾娏鞅硎?A和電壓V，直流電源A,滑動變阻器R，電鍵S等，要求燈泡兩端電壓從OV開始變化，
①實驗中滑動變阻器應(yīng)采用____________接法（填“分壓”或“限流”）
②某同學已連接如題22圖2所示的電路，在連接最后一根導線的C端到直接電源正極之前，請指出其中僅有的2個不當之處，并說明如何改下
A．__________________________________________
B．_______________________________________________
③電路連接正確后，分別測得兩只燈泡 和 的伏安特性曲線，如題22圖3中Ⅰ和Ⅱ所示。然后將燈泡 、 與電池組（電動勢和內(nèi)阻均恒定）連成題22圖4所示電路。多次測量后得到通過 和 的電流平均值分別為0.30A和0.60A。
A.在題22圖3中畫出電池組路端電壓U和電流I的關(guān)系曲線。
B.由該曲線可知電池組的電動勢為_________V，內(nèi)阻為_________ 。（取2位有效數(shù)字）
15． 【答案】⑵①分壓 ②A.電鍵不應(yīng)閉合，應(yīng)處于斷開狀態(tài) B.滑動變阻器的滑動觸頭P位置不當，應(yīng)將其置于b端 ③ 4.6V 2.7Ω
【解析】⑵①探究小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從0到額定電壓變化，所以滑動變阻器必須采用分壓解法。
②在連接線路時必須將每個開關(guān)斷開，而圖中是閉合的這是第一個錯誤。連好線路后在閉合開關(guān)前需要將限流滑動變阻器調(diào)到阻值最大，將分壓滑動變阻器調(diào)到輸出為0端，在圖中是b端，以保護電源和電表。
③描繪電源的伏安特性曲線要求外電阻變化測定對應(yīng)的多組路端電壓和電流，本實驗中用兩個小燈泡來改變外電阻獲得兩組電流值，然后在小燈泡的伏安特性曲線上查出對應(yīng)的電壓，用兩個坐標點描繪圖像。為描繪準確可以先進行理論計算，首先查出兩坐標為（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），則內(nèi)阻為 Ω，電動勢為 ， V，然后作出準確圖像如圖。
16．（2010 浙江卷）21.Ⅱ. (10分)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，某同學測得電流-電壓的數(shù)據(jù)如下表所示：
電流I/mA2．75.412.419.527.836.447.156.169.681.793.2
電壓U/V0.040.080.210.541.302.203.524.776.909.1211.46
（1）用上表數(shù)據(jù)描繪電壓隨電流的變化曲線；
（2）為了探究燈絲電阻與溫度的關(guān)系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖所示：請指出圖絲的特征，并解釋形成的原因。
16． 【答案】Ⅱ.（1）
（2）電阻隨電流增大；
存在三個區(qū)間，電阻隨電流的變化快慢不同；
第一區(qū)間電流很小時，電阻變化不大；第二區(qū)間燈絲溫度升高快，電阻增大快；第三區(qū)間部分電能轉(zhuǎn)化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢。
17． （2010安徽卷）21．Ⅱ．（6分）太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的2010年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件。某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的I-U特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導線若干。
（1）為了達到上述目的，請將圖1連成一個完整的實驗電路圖。
（2）該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖2的I-U圖像。由圖可知，當電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻_____________ （填“很大”或“很小”）；當電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為____________ 。
17． 【答案】（1）如圖（2）很大；1.0×103（965～1040）
【解析】（1）根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，電路連接如圖；
（2）在電壓小于2.00V時，由圖可讀出電流很小，由 得 ，太陽能電池的電阻很大；
（3）當電壓為2.80V時，根據(jù)題圖讀出U、I，由 得：R=1.0×103Ω。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaosan/71991.html
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