高考物理测定小灯泡的伏安特性曲线典型试题18页.docx

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高考物理测定小灯泡的伏安特性曲线典型试题18页

2020高考物理测定小灯泡的伏安特性曲线典型试题

1、测定小灯泡的伏安特性曲线（包含电路设计、器材选取）

1、小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：

电压U/V

0.00

0.20

0.40

0.70

1.00

1.30

1.70

2.10

2.50

电流I/A

0.00

0.14

0.24

0.26

0.37

0.40

0.43

0.45

0.46

（1）实验室有两种滑动变阻器供选择：

A．滑动变阻器（阻值范围0～10Ω、额定电流3A）

B．滑动变阻器（阻值范围0～2000Ω、额定电流1A）

实验中选择的滑动变阻器是________．（填写字母序号）

（2）在图2甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．

（3）开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至________（选填“左”或“右”）端．

（4）利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的U－I图线．

图2

（5）他们在U－I图象上找到小灯泡工作电压为2.0V时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值．你认为________（选填“小华”或“小明”）的方法正确．

答案　

（1）A　

（2）见解析图　（3）左　（4）见解析图

（5）小华

解析　

（1）由于灯泡的电阻大约在几欧左右，为了便于测量，滑动变阻器选择0～10Ω的．

（2）由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法；电流表采用外接法．实物连线图如图所示．

（3）为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端．

（4）小灯泡的U－I图线如图所示．

（5）根据欧姆定律知，R＝

，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，故小华正确．

2、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V1（量程0～3V，内阻等于3kΩ）

电压表V2（量程0～15V，内阻等于15kΩ）

电流表A1（量程0～200mA，内阻等于10Ω）

电流表A2（量程0～3A，内阻等于0.1Ω）

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）

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）

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．

解析　用电压表V1和R5串联，可改装成量程为U＝

（rg＋R5）＝

×（3＋1）V＝4V的电压表；用量程为200mA的电流表A1与定值电阻R4并联可改装为量程为I＝Ig＋

＝0.2A＋

A＝0.4A的电流表；待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接，电路图如图所示．

二、小灯泡的工作点问题

3、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的范围内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2（a）所示.

图2

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）和题给器材连接成图（b）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）

答案　

（1）见解析图　

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

解析　

（1）电压表量程为3V，要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL＝

＝

Ω＝11.875Ω，因

＜

，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示.

（2）由IU图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻随电流的增大而增大，根据电阻定律R＝ρ

知，灯丝的电阻率增大.

（3）当滑动变阻器的阻值最大为9.0Ω时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，由E0＝U＋I（R＋r）得U＝－10I＋4，作出图线①如图所示.

由交点坐标可得U1＝1.78V，I1＝221mA，P1＝U1I1≈0.39W；当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，由E0＝U＋I（R＋r）得，I＝－U＋4，作出图线②如图所示.由交点坐标可得，U2＝3.70V，I2＝315mA，最大的功率为P2＝U2I2≈1.17W.

4、为探究小灯泡L的伏安特性曲线，提供了以下器材：

小灯泡L：

规格“4.0V　2.8W”；

电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；

电流表A2，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω；

电压表V，量程3V，内阻rV＝9kΩ；

标准电阻R1，阻值1Ω；

标准电阻R2，阻值3kΩ；

滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；

学生电源E，电动势6V，内阻不计；

开关S及导线若干.

（1）要想更准确完整地描绘出L的伏安特性曲线，需要设计电路.请你利用所提供器材，在图中的虚线框中补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.

（2）根据实验测得的数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图，若将该灯泡接到E＝1.5V、r＝3.0Ω的电源两端，则灯泡实际消耗的功率P＝W.（结果保留两位有效数字）

解析　

（1）如图所示

（2）在图中画出电源的I－U图线，由两图象交点可知，灯泡两端电压U＝0.9V，电流I＝0.20A，灯泡实际功率P＝0.9×0.20W＝0.18W.

三、练习：

5、某同学研究小灯泡的伏安特性曲线，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V（量程5V，内阻3kΩ）；

电流表A（量程0.3A，内阻0.5Ω）；

固定电阻R0（阻值1.0Ω）；

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0～0.32A的范围内对小灯泡进行测量，利用上述器材，设计电路，在虚线框中画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图3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”）；设A为实验曲线上的某点，过A点的切线斜率为k1，坐标原点与A点连线的斜率为k2，在对应A点时小灯泡的电阻为________．

图3

（3）用另一电源E0（电动势3V，内阻1.0Ω）和题给器材连接成如图乙所示的电路，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．（结果保留2位有效数字）

答案　

（1）见解析图　

（2）增大　

　（3）0.21（0.20～0.23均可）

解析　

（1）因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；由于电流表量程较小，为了扩大电流表量程，将R0和电流表并联，因并联后的电流表内阻RA满足

<

，故电流表采用外接法，故原理图如图所示：

（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为3V，等效内阻为10Ω，则有：

U＝3－10I.作出电源的I－U图象如图中直线所示．

由图线交点可知，灯泡电压为U＝1.12V，电流I＝188mA＝0.188A，则最小功率P＝UI＝1.12×0.188W≈0.21W.

6、给定下列器材来研究某一小灯泡L的伏安特性曲线．

A．规格为“9V　9W”的小灯泡L一个

B．直流电流表

（量程50mA，内阻r1为30Ω，示数用I1表示）

C．直流电流表

（量程0.2A，内阻r2为6Ω，示数用I2表示）

D．直流电压表

（量程6V，内阻约为20kΩ，示数用U1表示）

E．直流电压表

（量程10V，内阻约为30kΩ，示数用U2表示）

F．定值电阻R，阻值为1.2Ω

G．直流电源，电动势E＝12V，内阻不计

H．滑动变阻器a，最大阻值为500Ω

I．滑动变阻器b，最大阻值为10Ω

J．开关一个，导线若干

（1）为了减小实验误差，更好地描绘小灯泡的伏安特性曲线，滑动变阻器应选用________（填写对应器材前的字母序号），其理由是滑动变阻器在电路中应起__________（填“分压”或“限流”）作用．

（2）在虚线框中画出实验原理图．

（3）用所选器材的示数分别写出小灯泡两端电压UL和电流IL的表达式UL＝________，IL＝________.

（4）测量多组UL、IL数据，作出小灯泡的伏安特性曲线．

答案　

（1）I　分压　

（2）见解析图　（3）U2－6I2　6I2

解析　

（1）本实验要测量小灯泡的伏安特性曲线，故小灯泡两端的电压要从0开始变化，则滑动变阻器应该起分压作用，故应选用总阻值较小的I.

（2）对小灯泡由IL＝

＝1A可知，所给电流表的量程都较小，故应改装为量程较大的电流表．利用

与定值电阻R并联，恰好可以改装成量程为1.2A的电流表，由于小灯泡额定电压为9V，故选择量程为10V的电压表．由于电流表的内阻已知，选择电流表内接法，故电路图如图所示．

（3）由电路图可得U2＝UL＋UR，而UR＝UA2＝I2r2，

故UL＝U2－I2r2＝U2－6I2，IL＝I2＋IR＝I2＋

＝6I2.

7、某实验小组要探究一小灯泡的伏安特性曲线，并研究小灯泡在不同电压下的实际功率，实验电路如图5甲所示：

图5

（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应在________端．（填“a”或“b”）

（2）闭合开关，把滑片P向另一端移动过程中，发现电流表与电压表均有明显读数且读数几乎不变，则电路中出现故障的元件可能是________．（填“A”或“B”）

A．小灯泡　　　　B．滑动变阻器

（3）该小组根据实验数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，可判定在图乙中小灯泡的功率P与加在其两端电压的平方U2的图象正确的是________．（选填“1”、“2”或“3”）

（4）某同学将两个完全相同的这种小灯泡并联接在电源两端，已知电源的电动势E＝3V、内阻r＝2Ω，则此时每个小灯泡的实际功率为________．（结果保留两位有效数字）

答案　

（1）a　

（2）B　（3）3　（4）0.44（0.42～0.46）

解析　

（1）此电路是分压电路，滑动变阻器的aP部分与小灯泡并联，开始时应使小灯泡两端电压最小，故滑片应置于a端；

（2）电流表与电压表均有明显读数，说明灯泡所在电路正常，电压表与电流表读数几乎不变，说明滑动变阻器没有起到应有的作用，故可能存在故障的是滑动变阻器，故选B；

（3）由P＝

，随着小灯泡两端电压的增大，灯丝温度升高，灯丝电阻增大，P随U2的变化变缓，即图线为3；

（4）灯泡两端的电压为U，流过每个灯泡的电流为I，则E＝U＋2Ir，得U＝3－4I，在题图丙中画出电源的U－I图线如图所示

交点坐标U＝2.20V，I＝0.20A，所以每个小灯泡的实际功率为：

P＝UI＝0.44W.

变式4

　（2018·江西省七校第一次联考）某实验小组设计了如图6甲所示的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3V，内阻RV约10kΩ，电流表量程为0.5A，内阻RA＝4.0Ω，R为电阻箱．

图6

（1）该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验．闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下的电压表示数U1、电流表示数I和电阻箱的阻值R，在I－U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示．为了完成该实验，应将导线c端接在________（选填“a”或“b”）点；

（2）利用

（1）中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为________；（用U1、I、R和RA表示）

（3）实验小组利用

（2）中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I－U坐标系中，如图乙中直线所示，根据图象分析可知，电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω；

（4）实验中，当电阻箱的阻值调到8.5Ω时，热敏电阻消耗的电功率P＝________W．（保留两位有效数字）

答案　

（1）a　

（2）U2＝U1＋I（R＋RA）　（3）6.0

5．0（4.8～5.2均可）　（4）0.46（0.44～0.48均可）

解析　

（1）利用伏安法测电阻，由题图乙中曲线可知热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以采用电流表采用外接法，故导线c应接在a点；

（2）路端电压U2等于外部各部分上的电压之和，则根据串、并联电路规律可知外电压U2＝U1＋I（R＋RA）

（3）直线与U轴的交点为电动势，直线的斜率绝对值的倒数为内阻的大小；由题图乙中直线可知电源的电动势为6.0V，内电阻为r＝

Ω＝5.0Ω.

（4）等效电源内阻r0＝4.0Ω＋5.0Ω＋8.5Ω＝17.5Ω；在题图乙中作等效电源的I－U图象，如图所示；与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标为（2.1,0.22），所以热敏电阻的电功率为P＝2.1×0.22W≈0.46W.