内容 实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线 要求 要点解读 理解实验原理，熟练运用数据处理方法，注意其他元件的 伏安特性曲线，热敏电阻的阻值随温度的变化曲线。 1．实验器材： 小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。 2．实验数据处理： （1）在坐标纸上以 U（自变量）为横轴，I（因变量）为纵轴，建立直角坐标系。 （2）在坐标纸上描出各组数据所对应的点。 （3）将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到伏安特性曲线。 3．实验注意事项： （1）由于小灯泡灯丝的电阻较小，电流表一般采用外接法。 （2）要作出 I–U 图象，需测出多组电压和电流的数据，甚至要求电压从零开始变化，故控制电路的 滑动变阻器应采用分压式接法。 （3）电压表或电流表的量程应达到用电器的额定电流，作出的图线才能用来分析计算额定功率。 （4）电压表或电流表的指针应该能偏转到满刻度的 1 以上。 3 4．误差分析： （1）电压表和电流表读数产生的偶然误差。 （2）电流表采用外接法时，由于电压表分流，使电流表的测量值大于真实值时产生的系统误差。 （3）在坐标纸上描点、作图时产生的偶然误差。 【2019·第一次全国大联考新课标Ⅲ卷】某同学要研究一个小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡的额定电压 约为 4.0 V、额定功率约为 2.0 W，他根据实验室提供的实验器材设计电路，并连接了部分电路（如图所 示），提供的实验器材如下： A．电压表（0~5 V，内阻 10 kΩ） B．电压表（0~10 V，内阻 20 kΩ） C．电流表（0~0.3 A，内阻 1 Ω） D．电流表（0~0.6 A，内阻 0.4 Ω） E．滑动变阻器（5 Ω，1 A） F．滑动变阻器（500 Ω，0.2 A） （1）实验中电压表应选用________，电流表应选用______，滑动变阻器应选用__________（用序号 字母表示）。 （2）请将上述电路连接完整。 （3）实验结束后，根据所得的数据描绘出了小灯泡的 I–U 图象如图所示，由图象分析可知，当小灯 泡的电阻为 6 Ω 时，小灯泡的实际功率为________W（保留两位有效数字）；若将此小灯泡直接 接在一个电动势为 3.0 V，内阻为 6 Ω 的电源两端，则这个小灯泡的实际功率为 ________W（保 留三位有效数字）。 【参考答案】（1）A D E（每空 1 分） （2）如图所示（2 分） （3）0.96 0.353（每空 2 分） 【详细解析】（1）由于要描绘小灯泡的伏安特性曲线，即需要测量多组数据，所以滑动变阻器采用 分压式接法，滑动变阻器选 E；由于小灯泡的额定电压为 4.0 V，因此电压表选量程为 5 V 的 A，小灯泡的 额定电流 I  P  0.5 A ，因此电流表选量程为 0.6 A 的 D。 U （2）由（1）分析知，控制电路要用分压接法、测量电路用外接，实物图连接如图。 （3）由于伏安特性曲线的割线的斜率倒数为电阻，因此作出斜率倒数为 6 Ω 的图线（如下左图所示）， 与 小 灯 泡 的 I–U 图 线 的 交 点 为 电 流 0.4 A ， 电 压 2.4 V ， 因 此 小 灯 泡 的 实 际 功 率 E 3.0 I   A  0.5 A ，作出电源的伏安特性曲 P  UI  2.4 �0.4 W  0.96 W 。电源短路时的电流为 0 r 6 线 如 下 右 图 所 示 ， 由 图 可 知 ， 此 时 小 灯 泡 两 端 的 电 压 为 1.12 V ， 电 流 为 0.315 A ， 灯 泡 的 功 率 为 P  UI  1.12 �0.315 W  0.353 W 。 【名师点睛】描绘伏安特性曲线问题的关键是实验电路图的设计： （1）电流表和滑动变阻器的连接，一般采用分压外接电路。 （2）要使电流表和电压表的量程与测量范围相当，如果相差较大，就要考虑改装电表扩大量程。 1．（2020·广东省高二期末）某同学使用如下器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验： 待测小灯泡（额定电压 12V，工作时电阻为 100Ω 左右）； 电源 E（电动势为 14V）； 电压表 V（量程为 15V，内阻约为 15kΩ）； 电流表 A（量程为 100mA，内阻约为 10Ω）； 滑动变阻器（最大阻值为 10Ω）； 单刀单掷开关；导线若干。 (1)请根据所选的实验电路图在实物图上连线。 （______） (2)该同学描绘的小灯泡的伏安特性曲线如图所示，由图可求得小灯泡的额定功率为 P=________W。 （结果保留 3 位有效数字） (3)根据小灯泡的伏安特性曲线，可确定小灯泡的功率 P 与 U2 和 I2 的关系，下列示意图中正确的是_____ _。 A． C． B． D． (4)将被测小灯泡与一定值电阻 R 和电源串联成闭合电路。电源的电动势为 15V，内阻为 10Ω。现用一理 想电压表测得小灯泡两端的电压为 8.5V，则定值电阻 R 所消耗的电功率为_______W。（结果保留 2 位 有效数字） 【答案】 【解析】 1.15-1.19 D 0.48 (1)由于电压表内阻远大于灯泡电阻可知要用电流表外接电路，滑动变阻器用分压电路，则实验电路图 如下； (2)小灯泡额定功率为 12V，从图中可读出电流为 0.096A，根据 P=UI=1.152W≈1.15W P  I 2R  (3)根据 U2 2 R ，因为小灯泡的电阻随电流电压的增大而增大，P-U 图像中斜率表示电阻的倒 数，P-I2 图像中斜率表示电阻，故选 D． (4)根据图像可知小灯泡两端的电压为 8.5V 时，电路中的电流为 0.085A，电阻 R 两端的电压为 U=15-8.5-0.085×10=5.65V 定值电阻 R 所消耗的电功率 P=UI=0.48W 2．现要测定一个额定电压 2.5V 、额定功率约 0.7 W 的小灯泡的伏安特性曲线。 （1）为了测量的电压能从零开始，测量误差较小，请在图甲中连好实物电路图。 （2）合上开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于滑动变阻器的_____（填“左端”或“右端”）。 （3）根据实验数据，描绘出的 U﹣I 图象如图乙所示，由图可知，当灯泡的电压为 1.80 V 时，小灯丝 电阻为_____Ω，小灯泡的功率为_____ W（结果保留两位有效数字）。 （4）某小组在正常实验中无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表、电压表的读数都调不到零，于是 他们向老师求助，老师说该电路中有一根导线断了，请问图中哪根导线断了？ _____（填“ab”或者 “cd”）。 【答案】（1）如图所示 （2）左 （3）7.2 0.45 （4）ab 【解析】（1）题目中要求从零开始调节，故应采用滑动变阻器的分压接法；同时因灯泡内阻较小，故 电流表采用外接法；实物图如图所示 （2）由图可知，要使测量部分电流由零开始调节，则滑片应接在最左侧； （ 3 ） 由 图 可 知 ， 当 电 压 为 1.80 V 时 ， 电 流 为 0.25 A ， 电 阻 R= U 1.8 = Ω=7.2 Ω ； 此 状 态 I 0.25 P=UI=0.45 W； （4）无法使电流从零开始调节说明没有正确接成分压接法；但电路有电流，则说明只能是 ab 出现断路。 【名师点睛】本题考查描绘灯泡的伏安特性曲线的实验，要求掌握分压接法的原理；能正确接线并能 分析故障。 （2020·山西省高三三模）某同学描绘一个标识为“3V、1.5W”的某电学元件的伏安特性曲线，他从实验 室找来如下实验器材： 直流电源（电动势为 3.0V、内阻忽略不计） 滑动变阻器（阻值 0~20Ω，额定电流 2A） 电流表 A1（量程 0~3A，内阻约为 0.1Ω） 电流表 A2（量程 0~600mA，内阻约为 5Ω） 电压表 V1（量程 0~3V，内阻约为 3kΩ） 电压表 V2（量程 0~9V，内阻约为 200kΩ） 开关一个、导线若干 (1)为了完成实验且减小实验误差，该同学应选择电流表_____和电压表_____。 (2)实验要求能够实现在 0~3V 的范围内对该元件的电压进行测量，帮他在下面的虚框内画出实验电路原 理图________________（待测元件用电阻符号表示）。 (3)根据该元件的伏安特性曲线可知，随电压的升高其电阻_____（填“增大”“不变”或“减小”）。 (4)假设将两个完全相同的该元件与一个阻值为 6.0Ω 的定值电阻串联接入题中所给的电源两端，则一个 元件消耗的实际功率为_____W（结果保留两位有效数字）。 【参考答案】A2 V1 增大 0.19 【详细解析】(1)元件的最大电压不超过 3V，故选电压表 V1。 最大电流不超过 I 1.5 A  0.5A 3 故选电流表 A2。 (2)由表中实验数据可知，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，元件电阻约为 R 电压表内阻约为 3kΩ ，电流表内阻约为 5Ω U 2 32  ΩΩ 6 P 1.5 ，电压表内阻远大于电学元件电阻，电流表应采用外接法， 实验电路图如图所示 (3) I-U 图像中某一点与左边原点连线的斜率表示电阻的倒数，则由图可知，电阻随电压的升高而增大。 (4)将两个完全相同的该元件与一个阻值为 6.0Ω 的定值电阻串联接在电源的两端，则等效为把两个完全 相同的元件串联接在电源电动势 E=3.0V，内阻 r=6.0Ω，设元件两端的电压为 U，流过的电流为 I，则由 闭合电路欧姆定律可知 2U  E  Ir 因而有 U 在元件的伏安特性曲线中作出该 U—I 图如图 E Ir  2 2 交点的 U、I 值即为元件两端的电压以及流过元件两端的电流，故元件两端电压为 0.75V，流过元件的 两端电流为 0.25A，故元件的实际消耗功率 P  UI  0.75 �0.25W �0.19W 1．【2019·学科网第三次全国大联考新课标 Ⅲ卷】某研究性学习小组通过实验探究一电器元件（用 表 示）的伏安特性曲线。他们在实验中测得该元件两端的电压与通过它的电流的数据如下表： U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 0.00 0.10 0.20 0.30 0.36 0.38 0.40 现实验室备有下列器材： A．灵敏电流计 G，Ig=3 mA，内阻 Rg=100 Ω B．电流表量程 0.5 A，内阻约为 1 Ω C．滑动变阻器 R1 阻值 0~10 Ω D．滑动变阻器 R2 阻值 0~100 Ω F．电阻箱 R0 的阻值范围 0~9