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證該二極管的伏安特性曲線。

（1）選擇好實驗器材準備連接電路時，發現二極管外殼正、負的標識看不清楚，于是就用多用電表歐姆擋來判斷它的正、負極：用歐姆表“×100”檔兩次實驗情況 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該二極管加正向電壓時的伏安特性曲線進行驗證，實驗室提供的器材有：

A．直流電源（電動勢3V，內阻不計）

B．滑動變阻器（0~20Ω）

C．電壓表（量程3V，內阻約30KΩ )

D．電流表（量程50mA，內阻約50Ω）

E．待測二極管

F．導線、開關

為了提高測量精度，請在虛線框內的實驗電路圖中加上直流電源E及滑動變阻器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）依據實驗中測量數據在坐標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的定值電阻串聯后接到電壓為3V的恒壓電源兩端，使二極管正向導通，測得二極管導通時的功率為P測，則P測=_____W（結果保留一位有效數字）。

（4）若考慮電壓表或電流表的內阻對實驗造成影響，那么第（3）問中該二極管正向導通時的實際功率P實_____P測（選“大于”、“小于”或“不確定”）。請你提出一條減小P實與P測差異的改進建議：_________________________

Answer 1

【答案】B 0.04 小于 換內阻更大的電壓表

【解析】

(1)二極管具有單向導電性，當接反向電壓時，二極管的電阻很大，由歐姆表的示數可知二極管的極性；

(2)電源已知，根據電源的電動勢可以選出電壓表，由圖中示數可以選出電流表；為了得到范圍較大的測量值，本實驗應選擇分壓接法，為了準確應選用電流表外接法；

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

(4)根據實驗電路圖分析實驗誤差，然后根據實驗誤差來源提出改進措施。

(1) 二極管具有單向導電性；而歐姆表中指針偏轉較大說明電阻較小，即為正向電流；而歐姆表內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側為正；

(2) 由題意可知，本實驗要求作出伏安特性曲線，故要求多測數據，故應采用分壓接法；同時，因正向電壓時二極管電阻較小，故應采用電流表外接法；其實驗的原理圖如圖所示

(3)(4)在同一坐標圖上畫出電動勢為3V，內阻為50Ω的電源的電流I與路端電壓U的圖象，如圖所示所示：

由實驗電路圖可知，電流表采用外接法，由于電壓表分流作用，所測電流I偏大，二極管的實際功率小于測量功率；
減小電壓表的分流會減小P實與P測差異，電壓表內阻越大，電壓表分流越小，為減小P實與P測差異可以使用內阻很大的電壓表進行實驗。
由圖示圖象可知，兩圖線交點坐標（20V，20mA），則二極管導通時的功率P=UI=20×0.020=0.04W。