高考物理一轮复习 第7章 电路 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线习题.docx

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高考物理一轮复习第7章电路实验八描绘小电珠的伏安特性曲线习题

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线

一、基本实验要求

1．实验原理

（1）测多组小灯泡的U、I，并绘出I－U图象．

（2）由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．

2．实验器材

小灯泡“3.8V，0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

3．实验步骤

（1）画出电路图（如图甲）．

（2）将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示电路．

（3）测量与记录．

移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．

（4）数据处理．

①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．

②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．

③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．

二、规律方法总结

1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

两种接法的

电路图

负载R上电压的

调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

负载R上电流的

调节范围

≤I≤

0≤I≤

2.两种接法的适用条件

（1）限流式接法适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）．

（2）分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）．

3．实验器材选取

（1）原则：

①安全；②精确；③操作方便．

（2）具体要求．

①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过0.6A.

②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流．

③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值．

④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的

以上．

4．注意事项

（1）电流表外接法：

本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

（2）滑动变阻器应采用分压式接法：

本实验要作出U－I图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压式接法．

（3）保护元件安全：

为保护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压．

5．误差分析

（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．

（2）测量时读数带来误差．

（3）在坐标纸上描点、作图带来误差．

1．（2015·浙江卷）图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图．

图甲

图乙

（1）根据图甲画出实验电路图

（2）调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①②③④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V．所示读数为：

①________，②________，③________，④________．两组数据得到的电阻分别为________和________．

解析：

（1）从实物图中可知电压表测量灯泡两端电压，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，故电路图如图所示．

（2）电流表的量程为0.6A，所以每小格表示的分度值为0.02A，故①的读数为0.10A，②的读数为0.24A．电压表的量程为3V，则每一小格表示0.1V，所以③的读数为2.00V，④的读数为0.27V.

电压小，两端的电流小，故①④为同一组数据，故得到的电阻为R′＝

＝2.7Ω.

②③为另外一组数据，故得到的电阻为R＝

＝8.3Ω.

答案：

（1）见解析图　

（2）①0.10A　②0.24A

③2.00V　④0.27V　（8.3±0.1）Ω和（2.7±0.1）Ω

2．（2016·益阳模拟）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L，规格“4.0V　0.7A”；

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甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为________Ω.

②乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V.

③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．

解析：

①电压表的示数U＝2.30V，所以灯泡L的电阻RL＝

＝

Ω＝5Ω.

②由题图知电压表V与R2串联，根据串联分压，当电压表V的示数为3V时，R2两端的电压U2＝

R2＝

×3000V＝1V，所以灯泡两端的电压U′＝UV＋U2＝（3＋1）V＝4V.

③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程应变为4.0V，电流表的量程应变为0.7A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装成量程为4.0V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6A＋

A＝0.72A的电流表．故虚线框内实验电路如图所示．

答案：

①5　②4　③见解析图

3．（2016·廊坊模拟）一只小灯泡，标有“3V，1.5W”的字样．现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性曲线．实验器材有：

A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器

B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源

C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1

D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2

E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1

F．量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2

G．开关、导线若干

（1）电压表应选用________；电流表应选用________（将选项代号的字母填在横线上）．

（2）在该实验中，设计了如图所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________（将选项代号的字母填在横线上）．

（3）以下是该实验的操作步骤：

A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；

B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值最大；

C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数（U1，I1），移动滑动变阻器的滑片，每移动一次记下一组（U，I）值，共测出12组数据；

D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．

指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改________________.

解析：

（1）因为小灯泡的额定电压为3V，故电压表选E；小灯泡的额定电流I＝

＝

A＝0.5A，故电流表选C.

（2）小灯泡在额定电压下的电阻R＝

＝6Ω，由于

>

，故电流表外接．描绘伏安特性曲线时，电压从零开始，需用滑动变阻器的分压式接法，选C.

答案：

（1）E　C　

（2）C　（3）步骤B不妥，闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零；步骤D有错，应为按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来．

4．（2016·大连模拟）有一只标值为“2.5V，xW”的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清．某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率．

（1）已知小灯泡的灯丝电阻约为5Ω，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路．

（2）开关S闭合之前，将图乙中滑动变阻器的滑片应置于________（填“A端”“B端”或“AB正中间”）．

（3）该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W.

解析：

（1）小灯泡电阻较小，所以，电流表外接，电路图及实物图见答案．

（2）开关S闭合前，被测电路两端电压应最小，滑片应置于B端．（3）由题图丙知，灯泡两端额定电压为2.5V时，电流为I＝0.44A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝2.5×0.44W＝1.1W.

答案：

（1）如图甲所示　实物连线如图乙所示（注：

任何一个地方错误均不可）　

（2）B端　（3）1.1

1．（2015·广东卷）某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）、定值电阻等．

①使用多用电表粗测元件X的电阻．选择“×1”欧姆挡测量，示数如图（a）所示，读数为________Ω.据此应选择图中的________（填“b”或“c”）电路进行实验．

②连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐________（填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验．

③图（d）是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________（填“X”或“Y”）是非线性元件．

④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势E和电阻r，如图（e）所示．闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V，利用图（d）可算得E＝______________V，r＝________Ω（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表）．

解析：

①读数为10，欧姆挡“×1”，故电阻为10×1Ω＝10Ω.采用外接法的原因是RX＝10Ω<

＝

Ω，电流表的分压作用影响大，应使用电流表外接法．

②当P向右边滑动时，未知元件上分到的电压增大，因此电流增大．

③由图（d）可知，Y的电压与电流的比值并不固定，因此是非线性元件．

④由图（d）可知，RX＝10Ω，由闭合电路欧姆定律E＝U＋

r可得，当S2闭合时，E＝3＋

r，当S2断开时有E＝1＋

（r＋21）（此时把R当作电源内阻），联立解得E＝3.2V，r＝0.50Ω.

答案：

①10　b　②增大　③Y　④3.2　0.50

2．（2016·运城模拟）有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，现有下列器材供选用：

A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）

C．电流表（0～3A，内阻0.4Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻1Ω）

E．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，允许最大电流为2A）

F．滑动变阻器（最大阻值为500Ω，允许最大电流为1A）

G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干

（1）实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是___________________________________.

（2）实验中所用电压表应选用__________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（用序号字母表示）．

解析：

（1）因实验目的是描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．

（2）因小灯泡额定电压为4V，0～15V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5V的A；小灯泡的额定电流I＝0.5A，则电流表只能选D；滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8Ω，调节不方便，故应选滑动变阻器E；又因RVRA>R

，所以电流表应外接．

答案：

（1）描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据　

（2）A　D　E

3．（2016·沈阳模拟）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．请指出图象中不恰当的地方____________________.

解析：

（1）从P－U2图象上描出的点可知，小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大，故滑动变阻器采用分压电路．根据P＝IU知，通过小灯泡的最大电流I＝

＝0.6A，故电流表选0～0.6A的量程．实物电路如答案中图所示．

（2）由小灯泡规格可知，小灯泡允许通过的最大电流为0.6A，故要求接入R1后，电路中的总电流要不小于0.6A，根据I＝

得总电阻R＝

＝

Ω＝20Ω，故R1应选10Ω的定值电阻．

（3）为了实验仪器的安全，防止电源短路及误将电源与其他电路接通，所以断开开关后，先拆除电池两端的导线，再拆除其他导线．

（4）从坐标纸上所描点可以看出这些点不近似在一条直线上，应为曲线，小明作出了一条直线不合适．作图时应使这些点占据整个坐标纸，而小明的横坐标只用了一半，所以小明横坐标的标度选择不合适．

答案：

（1）如图所示　

（2）10　（3）电池

（4）图线不应画为直线，横坐标的标度选择不合适

4．（2015·福建卷）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）．

解析：

实物图如图所示；由图知电流表量程为0.6A，所以读数为0.44A；电源内阻为1Ω，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，消耗电功率最大，此时外电路电压等于内电压为1.5V，由图知当小电珠电压1.5V时电流约为0.38A，此时电阻约为R＝

＝3.95Ω，并联后的总电阻为1Ω，所以需要4个小电珠，小电珠消耗的总功率约为P＝

＝

W＝2.25W.

答案：

①见解析图　②0.44　③4　2.25

5．（2016·日照模拟）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，所用小灯泡标有“3.8V，0.3A”字样，并提供有以下器材：

A．电压表V（0～5V，内阻约5kΩ）

B．电流表A1（0～50mA，内阻约2Ω）

C．电流表A2（0～500mA，内阻约1Ω）

D．滑动变阻器R1（0～10Ω）

E．滑动变阻器R2（0～2kΩ）

F．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）

G．开关S及导线若干

（1）为了提高测量的准确度和调节方便：

①实验中应选用电流表________，滑动变阻器________（填写器材代号）．

②请在下面的虚线框内画出实验电路图．

（2）由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示．在另一实验中将此小灯泡接入如图乙所示的电路中，电路中电源电压U（U≤3.8V）恒定，在t＝t0时刻闭合开关S.由电流传感器记录的电流随时间变化的图象（i－t）可能是下图中的____（填“A”“B”或“C”）图．

解析：

（1）小灯泡的额定电流是0.3A，所以电流表应该选择C；本实验滑动变阻器采用分压接法，所以滑动变阻器应该选择总阻值较小的，选D.

（2）滑动变阻器用分压接法，小灯泡电阻很小，电流表应该用外接法．实验电路图见答案图．

（3）闭合开关之后才有电流，小灯泡灯丝的电阻随着温度的升高而增大，所以电流会变小，选项C正确．

答案：

（1）①C　D　②如图所示　

（2）C

6．（2016·济南模拟）发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用，如图所示是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“＋”号的一端接高电势，带“－”号的一端接低电势，某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I，所得数据如表所示．

U/V

0

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

I/mA

0

0.9

2.3

4.3

6.8

12.0

19.0

30.0

（1）实验室提供的器材如下：

A．电压表（量程0～3V，内阻约10kΩ）

B．电压表（量程0～15V，内阻约25kΩ）

C．电流表（量程0～50mA，内阻约50Ω）

D．电流表（量程0～0.6mA，内阻约1Ω）

E．滑动变阻器（阻值范围0～10Ω，允许最大电流3A）

F．电源（电动势6V，内阻不计）

G．开关，导线若干

该同学做实验时，电压表选用的是________，电流表选用的是________（填选项字母）．

（2）请在图甲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．

（3）在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最________端（填“左”或“右”）．

（4）根据表中数据，在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的I－U图线．

（5）由I－U图线可知：

二极管的电阻值随工作电压的增大而________（填“不变”“增大”或“减小”）．

（6）若此发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将此发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态（结果保留三位有效数字）．

解析：

（1）根据实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据范围可知：

电压变化的最大值为2.8V，所以电压表选A；电流变化的最大值为30mA，所以电流表选C.

（2）电压、电流要从0测起，所以滑动变阻器应该用分压式；二极管的电阻更接近电流表的内阻．电流表应该用外接法．实物图的连接如图所示．

（3）根据题意可知当开关S闭合前，应使滑动变阻器接入电路的阻值最大，即滑动变阻器的滑片应置于最左端．

（4）根据表中数据，在图上描出各点，用平滑的曲线连接起来．如图所示．

（5）图线的斜率表示电阻的倒数，故随电压的增大，电阻减小．

（6）根据I－U图线，可知当二极管的工作电压为1.9V时，工作电流约为10mA，串联电阻上分得的电压应为1.1V，故应串联的电阻为R＝110Ω.

答案：

（1）A　C　

（2）见解析图　（3）左　（4）见解析图　（5）减小　（6）110