這是第 22 屆高中物理輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn) 9 描繪了一個(gè)小燈泡的伏安曲線（42 張 PPT 張），共 42 頁。PPT課件主要包括內(nèi)容索引、必備知識(shí)計(jì)劃自我診斷、關(guān)鍵勝任力突破學(xué)習(xí)計(jì)劃等，歡迎下載使用。
1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 描繪小電珠的伏安特性曲線。2. 分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。2.實(shí)驗(yàn)原理1：測量多組小電珠的U和I值，繪制I-U圖像。2. 圖像的斜率反映了電流和電壓之間的關(guān)系。
3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：學(xué)生電源（4~6 V DC）或電池組、小電珠（3.8 V，0.3 A）、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、坐標(biāo)紙和電線。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.連接電路 2.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑塊的位置，測量多組電壓值 U 和電流值 I 并填寫表格。3. 拆解電路并整理儀器。
5. 數(shù)據(jù)處理 1.在坐標(biāo)圖紙上建立一個(gè)坐標(biāo)系，以 U 為橫軸，I 為縱軸。2. 在坐標(biāo)圖紙上描摹每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。3. 用平滑的曲線連接跟蹤點(diǎn)，得到小電珠的伏安特性曲線。6. 誤差分析 1.系統(tǒng)誤差：儀表內(nèi)阻對(duì)電路的影響引起的誤差。2、意外誤差：（1）電壓表和電流表的讀數(shù)引起的誤差。（2） 由于跟蹤點(diǎn)和在坐標(biāo)紙上繪圖而引起的錯(cuò)誤。
7. 注意事項(xiàng) 1.電流表的外接方法：本實(shí)驗(yàn)中測得的小珠絲的電阻值很小，因此測量電路必須采用電流表的外接方法。2. 滑動(dòng)變阻器應(yīng)通過分壓連接，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)制作 I-U 圖像，并測量包括零在內(nèi)的一組電流和電壓值，因此必須通過分壓接方法連接控制電路。3、保護(hù)元件安全：在合閘開關(guān)S之前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片移至小磁珠電壓為零的一端，以防止在開關(guān)剛合閘時(shí)，因小磁珠兩端電壓過高而燒壞燈絲。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原則及注意事項(xiàng)： 一、儀器選型的一般步驟： （1）首先，選擇獨(dú)特的設(shè)備;（2）電路圖粗略（暫時(shí)不要連接電流表和電壓表）;（3）估計(jì)電路中電流和電壓的最大值，當(dāng)儀表指針偏轉(zhuǎn)較大但不超出其范圍時(shí)，結(jié)合已知設(shè)備的規(guī)格確定實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求：（1）電源的最大允許電流不得小于電路中的實(shí)際最大電流。（2） 電器的額定電流不得小于通過電器的實(shí)際最大電流。（3） 電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓和電流的最大值。（4） 電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿量程以上。
2. 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì) 1.對(duì)于教科書中的實(shí)驗(yàn)，由于小燈泡的電阻比較小，通常采用電流表的外接方式，而且因?yàn)樾襞輧啥思拥碾妷阂髲牧汩_始，所以控制電路中使用的滑動(dòng)變阻器采用了局部壓接法。在畫出燈泡的伏安曲線后，有時(shí)需要利用小燈泡的伏安曲線來解決其他問題，這需要結(jié)合上述伏安特性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。2、在其他伏安測量電路中，一般有內(nèi)電流表和外電流表兩種方法，對(duì)于給定電表的內(nèi)阻情況，應(yīng)首先比較 R0 與被測電阻 Rx 的關(guān)系，其中。如果 Rx>R0，則設(shè)計(jì)為內(nèi)部電流表;如果Rx3控制電路有滑動(dòng)變阻器分壓器和限流型兩種連接方式，則兩種連接方式的選擇方法如下：（1）當(dāng)采用限流連接方式時(shí)，不能控制電流（或電壓）以滿足實(shí)驗(yàn)要求，即將滑動(dòng)變阻器的電阻值調(diào)整到最大， 并且被測電阻上的電流（或電壓）仍然超過電流表（或電壓表）的范圍，或超過被測電阻的額定電流（或額定電壓），則必須選擇分壓器連接方式。（2）如果被測電阻的電阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大電阻，以至于在限流電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，被測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大， 此時(shí)，應(yīng)改用分壓器連接方法。（3） 如果測試要求測量電路中的電壓從零開始連續(xù)變化，則必須采用分壓器連接方法。（4）當(dāng)兩個(gè)電路都可以使用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇限流連接方式，因?yàn)橄蘖鬟B接電路簡單，能耗低。
3、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新是立足于本實(shí)驗(yàn)的背景，通過改變實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)定實(shí)驗(yàn)儀器的新話題，不偏離教材，不拘泥于教材，體現(xiàn)出開放性和探索性的特點(diǎn)。1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，探究了小燈泡的功率和電壓之間的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變更（實(shí)驗(yàn)對(duì)象變更后，需要注意電流表的連接方法）。
3. 數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)：采用“DIS”數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。
【例1】（2020年全國第二卷）學(xué)生想要研究小燈泡 L （3.6 V， 0.30 A） 的伏安特性。使用的設(shè)備有：電流表 A1（量程 200 mA，內(nèi)阻 Rg1 = 10.0 Ω）、電流表 A2（量程 500 mA，內(nèi)阻 Rg2 = 1.0 Ω）、恒定電阻 R0（電阻值 R0 = 10.0 Ω）、滑動(dòng)變阻器 R1（最大電阻值 10 Ω）、電源 E（電動(dòng)勢 4.5 V，內(nèi)阻非常小）、開關(guān) S 和多根電線。學(xué)生設(shè)計(jì)的電路如圖 A 所示。（1） 根據(jù)圖 A，在圖 B 的物理圖中畫一條連接線。
（2） 如果 I1 和 I2 分別是流過電流表 A1 和 A2 的電流，用 I1、I2、Rg1 和 R0 寫出：小燈泡 U= 兩端的電壓，以及流過小燈泡 I= 的電流。為保證小燈泡的安全，I1 不能超過 mA。（3） 實(shí)驗(yàn)過程中，調(diào)整滑動(dòng)變阻器，使開關(guān)閉合后兩個(gè)電流表的指示為零。逐個(gè)改變滑動(dòng)變阻器的滑片位置，并讀取相應(yīng)的 I1 和 I2。所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng) I1 = 173 mA 時(shí)，細(xì)絲電阻 R = Ω（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）。（4） 如果固定值電阻 R0 被另一個(gè)電阻代替，另一個(gè)電阻不變，為了能夠測量完整的伏安特性曲線，所用電阻的電阻值不能小于 Ω（保持一個(gè)小數(shù)位）。
答案： （1） 如圖： （2） I1 （Rg1 + R0） I2-I1180 （3） 11.6 （4） 8.0
分析（1）注意連接不宜交叉，儀表的正極接線柱應(yīng)與電源的正極相連。（2）按串并聯(lián)關(guān)系，并聯(lián)電壓相等，小燈泡兩端的電壓為U=I1（Rg1+R0）;并聯(lián)電路的主電路電流等于支路電流之和，與流過小燈泡的電流 I=I2-I1;小燈泡的額定電壓為 3.6 V，代入 U=I1（Rg1+R0） 后，I1 的最大值為 180 mA。
思考點(diǎn)撥 已知內(nèi)阻的電流表與固定電阻串聯(lián)，不僅可以測量電流，還可以計(jì)算電壓;要測量完整的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓應(yīng)至少為 3.6 V，因此電流表與固定值電阻器串聯(lián)時(shí)可以承受的電壓不應(yīng)小于 3.6 V。
【例 2】（2017 年全國第一卷）一名學(xué)生研究了小燈泡的伏安特性，使用的設(shè)備是：小燈泡 L（額定電壓 3.8 V，額定電流 0.32 A）;電壓表（范圍 3 V，內(nèi)阻 3 kΩ）;電流表（范圍 0.5 A，內(nèi)阻 0.5 Ω）;固定電阻 R0 （電阻值 1 000 Ω）;滑動(dòng)變阻器 R（電阻 0~9.0 Ω）;電源 E（電動(dòng)勢 5 V，內(nèi)阻不計(jì)算在內(nèi)）;開關(guān) S;許多電線。（1）實(shí)驗(yàn)要求可在0~3.8 V范圍內(nèi)測量小燈泡的電壓，并繪制實(shí)驗(yàn)電路原理圖。
（2） 小燈泡的伏安特性曲線如圖 A 所示。
從實(shí)驗(yàn)曲線中可以看出，隨著電流的增加，小燈泡的電阻值（填入“增加”、“常數(shù)”或“減少”），以及細(xì)絲的電阻率（填入“增加”、“常數(shù)”或“減少”）。
（3） 將另一個(gè)電源 E0（電動(dòng)勢 4 V，內(nèi)阻 1.00 Ω）和設(shè)備連接到圖 B 所示電路，調(diào)整滑動(dòng)變阻器 R 的電阻值，并改變小燈泡的實(shí)際功率。關(guān)閉開關(guān) S，在 R 的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為 W，最大功率為 W。（所有結(jié)果保持小數(shù)點(diǎn)后 2 位）。
答案 （1） （2） 增加 （3） 0.391.17 分析 （1） 由于電壓調(diào)節(jié)范圍大，所以使用分壓器類型。電壓表的范圍僅為 3 V，因此需要將其從 R0 系列轉(zhuǎn)換為范圍為 4 V 的電壓表。小燈泡的電阻小 （），因此采用外部連接方法。
（2） 連接 I-U 繪圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)的線的斜率表示該狀態(tài)下燈泡電阻的倒數(shù)。隨著電流的增加，連接到原點(diǎn)的線路的斜率減小，因此電阻增加。因此，電阻率增加。
（3） 當(dāng) R=9 Ω時(shí)，燈功率最小，電阻 R 和電源視為一個(gè)整體。U=E-I（R+r），所以 U=4 V-10 Ω·I、映射法發(fā)現(xiàn)，燈泡功率 Pmin=UI≈1.75 V×0.225 A≈0.39 W，當(dāng) R=0 時(shí)，燈泡功率最大，電源路端電壓和電流的關(guān)系 U=E-Ir，所以 U=4 V-1 Ω·I，映射方法發(fā)現(xiàn)高中物理燈泡電路圖解，燈功率 Pmax=UI=3.67 V×0.32 A≈1.17 W。
解決問題 （1）明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中給出的儀器分析滑動(dòng)變阻器和電流表的連接方法;（2）根據(jù)I-U圖像的性質(zhì)，闡明電阻隨電流變化的規(guī)律，從而明確電阻率的變化;（3）分析滑動(dòng)變阻器接入電阻的變化，制作等效電源的伏安特性曲線，得到相應(yīng)的電流值和電壓值，從而明確燈泡功率的極值。
遷移應(yīng)用程序 1.（2020 珠海市第二中學(xué)學(xué)期，廣東）如圖 A 所示，一個(gè)電氣元件的伏安特性曲線，一些實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)想用伏安法來驗(yàn)證伏安特性曲線，有一個(gè)電壓表 V（內(nèi)阻約為 10 kΩ）滿足實(shí)驗(yàn)要求;滑動(dòng)變阻器 R;直流電源 E（電動(dòng)勢 6 V，內(nèi)阻不計(jì)）;有多種開關(guān)和電線，有電流表 A1（范圍 0~50 mA，內(nèi)阻約 50 Ω）和電流表 A2（范圍 0~300 mA，內(nèi)阻約 10 Ω）可供選擇。
（1）從圖像中可以判斷出元件的電阻隨著溫度的增加而增加（可選擇“增加”或“減少”）;當(dāng)工作電壓為 4 V 時(shí)，元件電阻為 Ω（計(jì)算結(jié)果保持 3 位有效數(shù)字）。
（2） 應(yīng)選擇電流表（可選“A1”或“A2”）。（3） 在圖 B 的物理圖中，部分電路已經(jīng)正確連接高中物理燈泡電路圖解，請(qǐng)完成剩余電路的連接。（4） 請(qǐng)完成主要實(shí)驗(yàn)的步驟： A. 連接實(shí)驗(yàn)電路，將變阻器的滑片調(diào)整到底（可選“A”或“B”）。B. 關(guān)閉開關(guān)，使通過元件的電流從小變?yōu)榇螅⒆x取數(shù)據(jù)。C. 在 U-I 坐標(biāo)系中跟蹤相應(yīng)的電壓和電流，并繪制伏安特性曲線。
答： （1） 減少 29.6 （29.4~30.1） （2） A2 （3） （4） B 調(diào)整滑動(dòng)變阻器
分析（1）從圖A可以看出，隨著電壓的增加，電流的增加，元件的實(shí)際功率增加，元件的溫度升高，從歐姆定律可以看出，電壓與電流的比值減小，元件的電阻減小。當(dāng)工作電壓 U=4 V 時(shí)，根據(jù)圖像可以知道電流為 I=0.135 A，那么由于誤差，元件電阻可以是 29.4~30.1 Ω。（2） 從圖 A 可以看出，最大電流約為 0.2 A，因此電流表應(yīng)選擇 A2。
（3）相對(duì)來說，電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于元件的電阻，電流表應(yīng)外接，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓連接，物理電路圖如圖所示
（4） 為了保護(hù)電路，連接實(shí)驗(yàn)電路，將變阻器的滑片調(diào)整到 B 端子。合上開關(guān)，逐漸將變阻器的滑片移動(dòng)到 A 端，元件兩端的電壓增加，通過元件的電流逐漸增加，數(shù)據(jù)依次讀出。
2、實(shí)驗(yàn)組對(duì)額定電壓為 3 V 的小燈泡的伏安特性曲線進(jìn)行了調(diào)查和繪圖。（1）實(shí)驗(yàn)室提供的電壓表的量程為 2.5 V，內(nèi)阻為 2 kΩ，如果要將量程擴(kuò)大到 4 V，則需要串聯(lián)的電阻的電阻值為 Ω;（2）實(shí)驗(yàn)中，要求加到小燈泡上的電壓從零開始變化，合閘開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的正確連接方法如下圖中的連接方式（可選“A”、“B”、“C”或“D”）;
（3）實(shí)驗(yàn)完成后，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)繪制小燈泡的U-I曲線，如圖所示。當(dāng)小燈泡兩端的電壓為 2.2 V 時(shí)，電阻為 Ω，小燈泡消耗的電功率為 W（計(jì)算結(jié)果保留了兩個(gè)有效數(shù)字）。
答案 （1）1 200（2）D（3）8.50.57 分析 （1）將電壓表（Ug=2.5 V，Rg=2 kΩ）改為范圍為 U=4 V 的電壓表，則串聯(lián)的分壓電阻需要為 （2）實(shí)驗(yàn)要求電壓表的指示從 0 開始連續(xù)變化，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用部分壓接法， 而連接方法需要將下兩個(gè)接線柱接上電源，再接上接線柱中的任意一個(gè)給測量電路供電，注意電線不能接到滑刀上，因此，正確的連接方法是D。
（3）根據(jù)圖片，當(dāng)電壓為 2.2 V 時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為 260 mA，根據(jù)歐姆定律的電阻為此時(shí)小燈泡消耗的電功率為 P=UI=2.2×0.26 W=0.57 W。
3. （2020 江蘇省臺(tái)州市）當(dāng)一個(gè)研究小組的同學(xué)們進(jìn)行電氣實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的元件，它由兩個(gè)并聯(lián)的導(dǎo)體 A 和 B 組成，它們被封閉在一個(gè)透明的玻璃外殼中，a 和 b 是它的兩個(gè)裸露的接線柱，如圖 A 所示， A 是電阻為 20 Ω 的固定值電阻器，B 是特殊金屬絲制成的導(dǎo)體，其額定電壓為 9 V。為了進(jìn)一步探索元件的一些特性，學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)合適的電路，使元件上的電壓從零逐漸增加，測量相應(yīng)的電流，并繪制出如圖 C 所示的 I-U 曲線。
（1） 圖 B 是實(shí)驗(yàn)過程中連接到組的物理圖，請(qǐng)?zhí)顚懭笔У膶?dǎo)線。
（2）在關(guān)閉開關(guān)之前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)接近（可選“左端”或“右端”），如果此實(shí)驗(yàn)電路用于測量元件的電阻留學(xué)之路，僅從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)，測得電阻的測量值（可選“大于”、“小于”或“等于”）的實(shí)值。（3）從圖C的I-U曲線中，可以得到導(dǎo)體B的額定電流為A。（4）如果元件以18 Ω的固定電阻串聯(lián)，并以9V的電動(dòng)勢連接在電源的兩端，沒有內(nèi)阻，則元件的實(shí)際功率為W， 通過導(dǎo)體 B 的電流為 A。
答案： （1） （2） 左端小于 （3） 0.09 （0.08~0.10 正確） （4） 0.99 （0.96~1.02 正確）， 0.18 （0.16~0.20 正確）。
分析（1）從標(biāo)題中可以看出，電路應(yīng)采用分壓接方式，因此應(yīng)先將滑動(dòng)變阻器連接到電源的兩端，由開關(guān)控制整個(gè)電路;因此，開關(guān)的左端可以連接到滑動(dòng)變阻器的左下接線柱，如圖所示。
（2） 為了使測量電路部分的電壓開始時(shí)為零，應(yīng)在滑動(dòng)變阻器中使并聯(lián)測量電流的最小位移，因此滑片應(yīng)滑到最左端。由于采用電流表外法，由于電壓表分流，電流值大;可以看出，測量值很小。（3） 從圖 C 中可以看出，當(dāng)電壓為 9 V 時(shí)，電路中的電流為 0.54 A，流過電阻 A 的電流 = 0.45 A，則 B 的額定電流為 0.09 A，由于誤差，0.08~0.10 A 是正確的。
（4）以18 Ω作為電源的內(nèi)阻，如圖所示制作等效電源的伏安特性曲線，交點(diǎn)為被測電阻的工作點(diǎn);從圖像中可以看出，電路中的總電流為 0.33 A，電壓為 3 V。則功率 P=UI=3×0.33 W=0.99 W，由于誤差，0.96~1.02 W 是正確的。在這種情況下，固定值電阻 A 中的電流流過 B，IB=0.33 A-0.15 A=0.18 A，由于誤差，0.17~0.19 A 是正確的。
