物理考点：实验拓展与创新

【知识梳理】

1.分析小电珠的功率及其变化

2.分析二极管的I-U图像

3.研究小灯泡的P-U2图线

【例题与变式】

例题1.（2015·福建高考）某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接.

（1）实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接.

（2）某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为_______A.

（3）该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将_______只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为_______W（保留两位小数）.

例题2.2014年10月7日瑞典皇家科学院宣布：2014年诺贝尔物理学奖授予发明了蓝色发光二极管（LED）的日本科学家，以表彰他们为提高人类生活品质所做的卓越贡献.如图为一个蓝色发光二极管（LED）的示意图，杭州少年科学院的“少年科学家”们对它的电学特性进行系列研究.

（1）因蓝色发光二极管（LED）未标明极性，“少年科学家”们利用多用电表的_______（选填“欧姆挡”“电压挡”或“电流挡”）探测二极管的极性.请你写出正确的判断方法.

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（2）为探究蓝色发光二极管（LED）的伏安特性、测绘它的伏安特性曲线，“少年科学家”们得到科学探究实验室老师的帮助.通过实验，测得发光二极管两端电压U和通过它的电流I的数据如下表：

①请在图中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整；

②请你根据“少年科学家”实验时收集到的数据，在图所示的坐标纸中画出该蓝色发光二极管（LED）的伏安特性曲线（I-U图线）.

（3）若将该蓝色发光二极管（LED）与一个电池组（电动势为E=3V、内阻不计）、阻值R=150Ω的电阻相串联，则该蓝色发光二极管（LED）的发光功率约为_______W.（结果保留两位有效数字）

例题3.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“3.0V　1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω.

（1）准备使用的实物电路如图所示.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10Ω、20Ω和50Ω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，如图所示.请指出图像中不恰当的地方.

【高考对接】

1.（2017·新课标Ⅰ卷）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3.8V，额定电流0.32A）；电压表（量程3V，内阻3kΩ）；电流表（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干.

（1）实验要求能够实现在0～3.8V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甲所示.

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4V，内阻1.00Ω）和题目所给器材连接成图乙所示的电路，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.（结果均保留两位小数）

2.（2016·天津高考）某同学想要描绘标有“3.8V，0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整.可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：

电压表（量程0～3V，内阻等于3kΩ）；

电压表（量程0～15V，内阻等于15kΩ）；

电流表（量程0～200mA，内阻等于10Ω）；

滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流2A）；

滑动变阻器R2（0～1kΩ，额定电流0.5A）；(www.xing528.com)

定值电阻R3（阻值等于1Ω）；

定值电阻R4（阻值等于10Ω）；

定值电阻R5（阻值等于1kΩ）；

电源E（E=6V，内阻不计）.

（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.

（2）该同学描绘出的I-U图像应是右图中的_______.

3.（2018·全国卷Ⅰ）某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在25～80℃范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0Ω；电源E（6V，内阻可忽略）；电压表（量程150mV）；定值电阻R0（阻值20.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000 Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～999.9Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.

实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数.逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2-t数据见下表.

回答下列问题：

（1）在闭合S1前，图（a）中R1的滑片应移动到_____________（填“a”或“b”）端；

（2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2-t曲线；

（3）由图（b）可得到RT在25～80℃范围内的温度特性。当t=44.0℃时，可得RT=_____________Ω；

（4）将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图（c）所示，该读数为_____________Ω，则手心温度为_______________℃.

练　习

在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验器材如下：

待测小灯泡（2.5V，0.5A）；

双量程电压表（中间接线柱3V，内阻约为3kΩ；右边接线柱15V，内阻约为15kΩ）；

双量程电流表（中间接线柱0.6A，内阻约为0.125Ω；右边接线柱3A，内阻约为0.025Ω）；

滑动变阻器（20Ω，2A）；

电源（电动势约为3V，内阻未知）；

开关一个；

导线若干.

（1）甲同学选择合适的器材，连好实物图如图所示，乙同学检查时发现了多处错误，请指出（至少2处）：

_______________________________________________________________________________________________;

_______________________________________________________________________________________________.

（2）两同学改正错误，正确连线后，测出如下表所示的7组I、U数据，请你在坐标纸上建立I-U坐标系，标出坐标点，绘出小灯泡的伏安特性曲线.

（3）根据绘出的小灯泡的伏安特性曲线，该小灯泡在电压为1.8V时的实际电阻约为_______Ω.（结果保留三位有效数字）

（4）关于本实验的系统误差，下列判断正确的是（　）.

A.系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越大

B.系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越大

C.系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误差越大

D.系统误差主要是由电表读数时的估读引起的，电压越大误差越大