Question

9．小张通过互联网查得某二极管的伏安特性曲线如图甲所示．由图甲分析可知，当该二极管电压在0-0.5V时，电阻几乎为无穷大；当该二极管电压从0.5V升高到0.9V时，电阻从无穷大减小到三十几欧．

（1）为了确定二极管的正、负极，小张用多用电表进行了以下探测：用电阻“×100”挡，对二极管的两个 电极进行正、反向测量，当指针偏转角度较大时，黑表笔连接的是二极管的正极．（填“正”或者“负”）
（2）若将满足图甲中伏安特性的一只二极管与电源（电动势E=2V，内阻不计）和电阻（R₀=100Ω）串联，如图乙所示，当开关S闭合时，二极管消耗的功率为0.01W．（结果保留一位有效数字）
（3）小张使用下列所有器材，准确地描绘出了该二极管（符号）的正向伏安特性曲线．图丙仅画出了他设计的部分电路图，请你补全完成该实验的电路图，并标明各元件的符号．
①待测二极管D一只；
②电压表V（量程0-3V，内阻约10kΩ）；
③电流表A（量程0-30A，内阻约30Ω）；
④滑动变阻器R（0-15Ω，额定电流1A）；
⑤电源E（电动势3V，内阻不计）；
⑥单刀双掷开关S₁；
⑦单刀开关S，及导线若干．

Answer 1

分析 （1）欧姆表黑表笔与内阻电源正极相连，红表笔与内置电源负极相连，根据欧姆表指针偏转情况判断二极管的正负极．
（2）把电源与定值电阻整体看成电源，作出电源的I-U图象，由图象求出通过二极管的电流与二极管两端电压，然后求出二极管消耗的功率．
（3）描绘二极管的伏安特性曲线需要测出二极管两端电压与通过二极管的电流，根据实验器材确定滑动变阻器与电流表的接法，然后作出实验电路图．

解答 解：（1）欧姆表黑表笔与内置电源的正极相连，用电阻“×100”挡，对二极管的两个 电极进行正、反向测量，当指针偏转角度较大时，说明此时二极管内阻很小，电源的正极与二极管正极相连，即二极管的黑表笔连接的是二极管的正极．
（2）电源与定值电阻组成等效电源，在二极管I-U图象中作出等效电源的I-U图象如图所示：

由图示图象可知，通过二极管的电流I=12mA=0.012A，二极管两端电压U=0.8V，二极管消耗的电功率：P=UI=0.8V×0.012A≈0.01W．
（3）描绘二极管的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，当二极管两端电压小于0.5V时二极管内阻为无穷大，远大于电压表内阻，电流表应采用外接法，当电压为0.5V到0.9V时，二极管内阻约为三十几欧姆，远小于电压表内阻，电流表应采用内接法，可以用开关控制电流表的内外接法，实验电路图如图所示：

故答案为：（1）正；（2）0.01；（3）如图所示．

点评 本题考查了判断二极管的极性、求二极管的功率、设计实验电路图，要掌握应用图象法处理实验数据的方法；根据实验目的与实验器材确定滑动变阻器与电流表的接法是正确设计实验电路图的关键．