Question

【題目】二極管的說明書上提供了它的伏安特性曲線（正向最大電流50mA左右），物理興趣小組想要驗(yàn)證該二極管的伏安特性曲線。

（1）選擇好實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備連接電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)二極管外殼正、負(fù)的標(biāo)識(shí)看不清楚，于是就用多用電表歐姆擋來判斷它的正、負(fù)極：用歐姆表“×100”檔兩次實(shí)驗(yàn)情況 如圖甲、乙所示，由此可知______（填“A”或“B”）端為二極管的正極。

（2）該物理興趣小組要對(duì)該二極管加正向電壓時(shí)的伏安特性曲線進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：

A．直流電源（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)）

B．滑動(dòng)變阻器（0~20Ω）

C．電壓表（量程3V，內(nèi)阻約30KΩ )

D．電流表（量程50mA，內(nèi)阻約50Ω）

E．待測(cè)二極管

F．導(dǎo)線、開關(guān)

為了提高測(cè)量精度，請(qǐng)?jiān)谔摼�框內(nèi)的實(shí)驗(yàn)電路圖中加上直流電源E及滑動(dòng)變阻器R，并將電路圖連接完整。

電流I/mA	0	0	0.2	1.8	3.9	8.6	14.0	21.8	33.5	50.0
電壓U/V	0	0.50	0.75	1.00	1.25	1.50	1.75	2.00	2.25	2.50

（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出該二極管的伏安特性曲線如圖所示，我們將該二極管與阻值為50Ω的定值電阻串聯(lián)后接到電壓為3V的恒壓電源兩端，使二極管正向?qū)�通，測(cè)得二極管導(dǎo)通時(shí)的功率為P測(cè)，則P測(cè)=_____W（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）。

（4）若考慮電壓表或電流表的內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響，那么第（3）問中該二極管正向?qū)�通時(shí)的實(shí)際功率P實(shí)_____P測(cè)（選“大于”、“小于”或“不確定”）。請(qǐng)你提出一條減小P實(shí)與P測(cè)差異的改進(jìn)建議：_________________________

Answer 1

【答案】B 0.04 小于 換內(nèi)阻更大的電壓表

【解析】

(1)二極管具有單向?qū)щ娦�，�?dāng)接反向電壓時(shí)，二極管的電阻很大，由歐姆表的示數(shù)可知二極管的極性；

(2)電源已知，根據(jù)電源的電動(dòng)勢(shì)可以選出電壓表，由圖中示數(shù)可以選出電流表；為了得到范圍較大的測(cè)量值，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇分壓接法，為了準(zhǔn)確應(yīng)選用電流表外接法；

(3)在I-U圖象中作同電源的伏安特性曲線，兩圖象的交點(diǎn)為二極管的工作點(diǎn)，由圖可知其電壓和電流，再由P=UI可求得對(duì)應(yīng)的功率；

(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖分析實(shí)驗(yàn)誤差，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差來源提出改進(jìn)措施。

(1) 二極管具有單向?qū)щ娦裕欢鴼W姆表中指針偏轉(zhuǎn)較大說明電阻較小，即為正向電流；而歐姆表內(nèi)部的電源正極接在黑表筆上，故黑表筆接在二極管的正極處電流較大，故由題意可知，二極管B側(cè)為正；

(2) 由題意可知，本實(shí)驗(yàn)要求作出伏安特性曲線，故要求多測(cè)數(shù)據(jù)，故應(yīng)采用分壓接法；同時(shí)，因正向電壓時(shí)二極管電阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法；其實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖所示

(3)(4)在同一坐標(biāo)圖上畫出電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻為50Ω的電源的電流I與路端電壓U的圖象，如圖所示所示：

由實(shí)驗(yàn)電路圖可知，電流表采用外接法，由于電壓表分流作用，所測(cè)電流I偏大，二極管的實(shí)際功率小于測(cè)量功率；
減小電壓表的分流會(huì)減小P實(shí)與P測(cè)差異，電壓表內(nèi)阻越大，電壓表分流越小，為減小P實(shí)與P測(cè)差異可以使用內(nèi)阻很大的電壓表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
由圖示圖象可知，兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)（20V，20mA），則二極管導(dǎo)通時(shí)的功率P=UI=20×0.020=0.04W。