(考点分析) 第三节 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【考点分析】　第三节 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线

【考点一】  对电路设计和实验原理的考查

【典型例题1】  现要用伏安法描绘一只标值为“2.5 V,0.6 W”小灯泡的I－U图线，有下列器材供选用：

A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ；0～15 V，内阻10 kΩ)

B．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω；0～3 A，内阻0.1 Ω)

C．滑动变阻器(10 Ω，2 A)

D．滑动变阻器(100 Ω，1.0 A)

E．蓄电池(电动势6 V，内阻不计)

(1)为了减小测量误差，图甲中的S1应接________(填“M”或“N”)，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)．

(2)根据选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需要电路．

(3)开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端(选填“A”“B”或“AB正中间”)．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数变化明显，但电流表示数始终为0，则电路故障为________．

【解析】　(1)由电路图可知，电路采用了滑动变阻器分压式接法；因灯泡电阻较小，故电流表采用外接法，故S1应接在M点；因采用分压式接法，故滑动变阻器采用总阻值较小的C.

(2)根据实验原理图画出实物图．

(3)为了保证实验安全，开始时灯泡两端的电压应为最小，故滑动变阻器的滑片应在A端；由题意可知，电压表示数变化明显，说明电压表与电源相连，且滑动变阻器连接正常，而电流表没有示数说明电路是断开的，由电路图可知，只能是灯泡发生了断路故障．

【答案】　(1)M　C　(2)见解析图　(3)A　灯泡断路

【考点二】  对数据处理和误差分析的考查

【典型例题2】  某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表V(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表A(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．

(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．

 (2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．

 (3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)

【解析】　(1)要实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表V应与固定电阻R0串联，将量程改为4 V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12 Ω，所以需将电流表外接．

(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．

(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0 Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E′0(电动势4 V，内阻1.00 Ω＋9.0 Ω＝10 Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I(V)，图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225 W≈0.39 W．当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图(a)中画出电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－I(V)，图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318 W≈1.17 W.

【答案】　(1)实验电路原理图如图所示

(2)增大　增大　(3)0.39　1.17

【考点三】  拓展创新实验

【典型例题3】  LED灯的核心部件是发光二极管．某同学欲测量一只工作电压为2.9 V的发光二极管的正向伏安特性曲线，所用器材有：电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)，电流表 (用多用电表的直流25 mA挡替代，内阻约为5 Ω)，滑动变阻器(0～20 Ω)，电池组(内阻不计)，开关和导线若干．他设计的电路如图(a)所示．回答下列问题：

 (1)根据图(a)，在实物图(b)上完成连线；

(2)调节滑动变阻器的滑片至最________端(填“左”或“右”)，将多用电表选择开关拨至直流25 mA挡，闭合开关；

(3)某次测量中，多用电表示数如图(c)，则通过二极管的电流为________ mA；

(4)该同学得到的正向伏安特性曲线如图(d)所示．由曲线可知，随着两端电压增加，二极管的正向电阻________(填“增大”“减小”或“不变”)；当两端电压为2.9 V时，正向电阻为________ kΩ(结果保留两位有效数字)；

(5)若实验过程中发现，将滑动变阻器滑片从一端移到另一端，二极管亮度几乎不变，电压表示数在2.7～2.9 V之间变化，试简要描述一种可能的电路故障：___________________________________________________________________________.

【解析】  (1)根据多用电表红黑表笔的接法“红进黑出”可知，黑表笔接二极管，红表笔接滑动变阻器，滑动变阻器采用分压式接法，则连线如图：

(2)为保护电路，开关闭合前需将滑动变阻器的滑片置于最左端；

(3)多用电表所选量程为25 mA，则电流表读数为 mA＝16.0 mA(答案在15.8～16.2 mA范围内均可)；

(4)I－U图象中，图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知，随着电压的增加，斜率逐渐增大，则二极管的电阻逐渐减小；当二极管两端电压为2.9 V时，通过二极管的电流为19.5 mA，则电阻大小为R＝≈0.15 kΩ(答案在0.14～0.16 kΩ范围内均可)；

(5)由于二极管的正向电阻约为0.15 kΩ，远大于滑动变阻器的最大阻值，因此若实验中，将滑动变阻器滑片从一端移到另一端，二极管亮度几乎不变，电压表示数在2.7～2.9 V之间变化，则有可能是滑动变阻器与二极管串联，导致电路中总电阻较大，总电流较小，所以电压表的示数变化较小，故故障可能是连接电源负极与滑动变阻器的导线断路．

【答案】  (1)连线见解析图　(2)左　(3)16.0(15.8～16.2)　(4)减小　0.15(0.14～0.16)　(5)连接电源负极与滑动变阻器的导线断路