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1、描绘小电珠的伏安特性曲线典型例题热点一实验原理和器材选取【典例1】为了测定一个“6.3 V1 W”的小灯泡正常发光时的电阻,实验室提供了下列实验器材:A.电流表A1:(200 mA,0.5 )B.电流表A2:(0.6 A,0.2 )C.电压表V1:(10 V,1 k)D.电压表V2:(15 V,1.5 k)E.电源E1=6 V,2 AF.电源E2=9 V,1 AG.滑动变阻器R2(020 ,0.8 W)H.导线若干,电键一个。实验时电源应选用_,电流表应选用_,电压表应选用_。在线框中画出实验的电路图,要求测量误差尽可能小。【解题指南】(1)根据小灯泡工作时的电流值和电压值选取电流表和电压表。
2、(2)根据小灯泡阻值与电流表、电压表的内阻大小关系判断电流表的内、外接法。(3)根据滑动变阻器的额定电流判断滑动变阻器的分压、限流接法。【解析】根据公式P=UI得,灯泡正常工作时的电流I= A0.159 A,所以需要选择200 mA的电流表A;灯泡的额定电压是6.3 V,所以需要选择量程10 V的电压表C和9 V的电源F;由于电源的电动势比较大,当选择20 的滑动变阻器时,通过的电流:I= A=0.45 AI滑= A=0.2 A,所以20 的滑动变阻器不能作为分压式接法的变阻器使用;应作为限流电阻使用,选择限流接法;根据P=得灯泡的电阻R=40 ,由于电流表的内阻比小灯泡的电阻小很多,所以电流
3、表采用内接法,电路如图。答案:FAC图见解析热点二实验电路的连接和数据分析【典例2】在一次测量小灯泡的电流和电压的关系过程中,聪明而又粗心的小刚连接了如图所示的电路,同组的小强发现有错,主张拆开重新连接,可是时间来不及了,小刚眼珠一转,在图示电路中增加一根导线,电路就正常了。问:(1)如果闭合图示电路的开关,估计电压表的示数约为_V,电流表的示数约为_A。小灯泡的发光情况是_(选填“发光”或“不发光”)。(2)请在本题图中画出小刚连接的那根导线。(3)实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):I(A)0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50
4、U(V)0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00请在图中画出小灯泡的U-I曲线。(4)如果将题中的小灯泡直接与电动势是1.5 V,内阻是2.0 的电源连接,小灯泡的实际功率是_W。若需作图,可直接画在第(3) 小题方格图中【解析】因为电流表的内电阻很小,所以闭合开关后,小灯泡和定值电阻被电流表短路,只有电压表、电流表和滑动变阻器串联接入电路中,所以小灯泡不发光,又因为电压表的内电阻很大,所以它的示数接近电源电压3 V,而电流表的示数接近于零;小刚连接的导线如图中虚线所示,这样一连,把电压表并联在了灯泡两端,电流表测量通过灯泡的电流,滑动变阻器还能改变电路
5、电流,即电压表“-”与灯泡右接线柱连接;细心找出表中数据所对应的点,用平滑的曲线将这些点连接起来,就得到了所求作的U-I图线,如图中曲线采用图解法,根据U=E-Ir,在图上作出电源的U-I图线,可得小灯泡工作电流为0.35 A,工作电压为0.80 V,因此小灯泡实际功率为0.28 W。答案:见解析热点三实验拓展与创新【典例3】目前我国正大力推进节能环保产品的研发,其中光电子LED二极管在日常生活中有着非常广泛的应用。二极管具有单向导电性,某发光二极管的反向电阻无穷大,课外兴趣小组在实验室通过实验测得该发光二极管两端接正向电压U和通过它的电流I的多组数据,并在坐标纸上描绘出了该发光二极管的伏安特
6、性曲线,如图甲所示。实验室提供了以下器材:A.电压表(量程03 V,内阻约20 k)B.电压表(量程015 V,内阻约100 k)C.电流表(量程050 mA,内阻约40 )D.电流表(量程00.6 A,内阻约2 )E.滑动变阻器(020 ,额定电流2 A)F.滑动变阻器(0500 ,额定电流10 A)G.电源(电动势6 V,内阻不计)H.开关、导线若干(1)该小组在实验时,电压表选用_,电流表选用_,滑动变阻器选用_。(填器材前面的字母代号)(2)在图乙所示的方框内画出电路图。(3)现将此发光二极管与电动势为3 V、内阻r=1 的电池组相连,为保护电源及发光二极管,电路中又串联一阻值R=99
7、 的电阻,则此时发光二极管的功率P=_W。(结果保留两位有效数字)【创新角度】(1)描绘发光二极管的伏安特性曲线,而不是小电珠的。(2)结合电源的I-U图线,分析发光二极管的功率,而不是电源的U-I图线。【解析】(1)根据题图甲可知最大电压为2.80 V,最大电流为30.0 mA,所以电压表应选择A,电流表应选择C,为调节方便,滑动变阻器应选择E。(2)通过估算二极管的阻值可知其满足,所以电流表应外接。由于电流、电压均从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法。(3)由闭合电路欧姆定律知E=U+I(r+R),即U=3-100I(V),在I-U图像中作U=3-100I(V)的图线,由两图线交点可读出I=11 mA时对应的电压U=1.9 V,则P=UI=2.110-2 W。答案:(1)ACE(2)如图所示(3)2.110-2