高考物理复习专题15描绘小灯泡的伏安特性曲线问题知识点

描绘小灯泡的伏安特性曲线主要考查的内容

主标题：描绘小灯泡的伏安特性曲线

副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。

关键词：伏安特性曲线    

难度：3

重要程度：5

内容：

考点剖析：

“描绘小灯泡的伏安特性曲线”是高考考试大纲规定的实验考查内容，近几年高考电学实验多次考查了不同电子元件的“伏安特性曲线”。分析这些高考实验试题，我们大体上可以概括出试题的特点为：

1.考查电路的设计和电路的连接； 

2.曲线图像的分析。

分析曲线的变化规律是高考考查的热点和重点，这不仅要求考生掌握图像斜率的物理意义这一知识点，还要知道图像斜率变化的规律，即电阻随电压的变化关系。因此，物理高考复习时，必须依据高考大纲，通过系统的实验复习和实验操作（包括特性曲线的描绘）以及结合具体实例对特性曲线的分析研究。只有这样，扎实复习，才能应对高考。

典型例题

例1．（15广东卷）某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3 kΩ），电流表（内阻约为1 Ω），定值电阻等。

（a）                      (b)               (c)

使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图（a）所示，读数为     Ω。据此应该选择图中的     （填“(b)”或“(c)”）的电路进行实验。

连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐     ( 填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成Y，重复实验。

（d）                           (e)

如图（d）是根据实验数据作出的U–I图线，由图可判断元件      （填“X”或“Y”）是非线性元件。

该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图（e）所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V。利用图（d）可算得E=     V，r =      Ω（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表）

【解析】① 10     b    ②增大    ③Y     ④3.2      0.50

①由题图读得：10×1 Ω=10 Ω，为小电阻，为了减小误差应采用电流表外接法，即图 (b)接法；②闭合S，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，使测量电路电压增大，由欧姆定律得电流增大；③根据线性元件的U–I图线为直线，非线性元件的U–I图线为曲线可得：Y是非线性元件；④由图 (d)可得线性元件X的阻值为10 Ω，根据闭合电路欧姆定律及题意有：E=3.00+r和E=1.00+ (21+r)，解得E=3.15 V≈3.2 V，r=0.50 Ω。

例2．(2014·浙江卷)小明对2 B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。

(1)图1是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图1中画出。

图1                              图2

(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2 B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图上，如图2所示。在图中，由电流表外接法得到的数据点是用________(选填“○”或“×”)表示的。

(3)请你选择一组数据点，在图2上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为________Ω。

【解析】 (1)如图1所示(2)“×”(3)作图见图2用“×”连线R＝(1.1～1.3) Ω；用“○”连线R＝(1.5～1.7) Ω

图1                                  图2

 (1)由图2中的电压、电流数据从零开始可知滑动变阻器采用分压式，电压表选择量程3 V，电流表采用外接法。

(2)外接法由于电压表分流，测得的电阻比内接法测得的要小，故电流表外接法得到的数据点是用“×”表示的。

(3)用“×”数据点连直线，斜率为铅笔芯的电阻，考虑误差因素，R＝(1.1～1.3)Ω，用“○”数据点连直线，同理得R＝(1.5～1.7)Ω。

例3． (2014·新课标Ⅱ卷) I.在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx的阻值约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示，结果由公式Rx＝计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则______(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2______(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

图（a）                图(b)

 【解析】 Rx1　大于　小于

＝＝10，＝＝20，故<＝10，应该采用电流表内接法，即图(a)接法。由“大内偏大，小外偏小”的结论可知电流表内接时测量值Rx1大于真实值，外接时，测量值Rx2小于真实值。

Ⅱ.如图为“测绘小灯伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。

（1）完成下列实验步骤：

①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，　　　　　　

②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，　　　　　　；

③断开开关，…。根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。

（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。

【解析】（1）①置于最左端。②灯泡的电压不能超过额定电压2.5 V。（2）电路图如图所示。

（1）①题中，滑动变阻器采用的是分压式接法，闭合电键前，必须使得测量电路部分处于短路状态，保护测量电路部分，因为与测量电路并联部分为滑动变阻器的左侧部分，所以闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片置于最左端。

②闭合开关后，为了增大电压应将滑片向右逐渐移动，但灯泡的电压不能超过额定电压2.5 V。

（2）由图看出，电流表采取外接法，滑动变阻器采用的是分压式接法，画出电路图如图所示。

例4．（2013•天津）要测绘一个标有“3 V，0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5 V，内阻约1 Ω）：

电流表（量程为0～250 mA。内阻约5 Ω）；

电压表（量程为0～3 V。内限约3 kΩ）：

电键一个、导线若干。

①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的　　　　　　（填字母代号）。

A．滑动变阻器（最大阻值20 Ω，额定电流1 A）

B．滑动变阻器（最大阻值1750 Ω，额定电流0.3 A）

②实验的电路图应选用图1中　　　　　　（填字母代号）。

③实脸得到小灯泡的伏安特性曲线如图2所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V，内阻为5.0 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是　　　　　　W。

【解析】①A；②B；③0.1。

①因实验要求电流从零调，所以滑动变阻器应用分压式接法，应选全电阻最小的变阻器A。

 ②因小灯泡电阻为R===15 Ω，＞，故电流表应用外接法，又变阻器用分压式，故电路图应选B。

 ③电源与小灯泡直接串联，那么路端电压等于小灯泡两端的电压，画出内阻为5 Ω，电动势为1.5 V的电源的路端电压与干路电流的关系图线和小灯泡的伏安特性曲线的交点即表示小灯泡与该电源直接串联；

根据交点坐标（1.0 V，0.1 A）可以计算出小灯泡消耗的功率为：P=UI=1×0.1=0.1 W。

例5．（2013•上海）为确定某电子元件的电气特性，做如下测量。

（1）用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻档测量，发现多用表指针偏转过大，因此需选择　　　　　　倍率的电阻档（填：“×10”或“×1 k”），并　　　　　　，再进行测量，多用表的示数如图（a）所示，测量结果为　　　　　　Ω。

（2）将待测元件（额定电压9 V）、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连接成电路如图（b）所示。添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性。

本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到　　　　　　档（填：“直流电压10 V”或“直流电压50 V”）。

【解析】（1）×10，欧姆调零，70；（2）如图，直流电压10 V。

（1）选用“×100”倍率的电阻档测量，发现多用表指针偏转过大，应选取×10倍率的电阻档，并需要重新欧姆调零后再测量，测量结果为R=7×10 Ω=70 Ω；

  （2）因测量元件的伏安特性曲线，所以电流应从零调，故滑动变阻器应用分压式接法，电路如图；因电源电动势为9 V，所以电压表应调到直流电压10 V档。

例6．（2013•江苏）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P=UI得到电功率。 实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V，1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。

（1）准备使用的实物电路如图1所示。 请将滑动变阻器接入电路的正确位置。（用笔画线代替导线）

（2）现有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻，电路中的电阻R1 应选　　　　　　Ω的定值电阻。

（3）测量结束后，应先断开开关，拆除　　　　　　两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图2所示。 请指出图像中不恰当的地方。

【解析】故答案为（1）如图（2）10（3）电池  （4）图线不应画直线，应用平滑的曲线连接；横坐标标度太大。

（1）从P﹣U2图像可知电压从零调，所以滑动变阻器应用分压式接法，变阻器连接如图所示

（2）当变阻器的输出电压最大时，通过小灯泡的电流为额定电流I==A=0.6 A，根据欧姆定律通过变阻器的电流为I变==A=0.3 A，所以通过电源的电流为I´=I+I变=0.6+0.3=0.9 A，根据闭合电路欧姆定律，应有E=U+ I´（r+R0），解得R0+r==Ω=10 Ω，所以保护电阻应选10 Ω的定值电阻；

（3）根据安全性原则，测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

（4）图像中不恰当的地方有①图线不应画直线，应用平滑的曲线连接；②横坐标标度太大。