高考物理系統(tǒng)性復(fù)習(xí) (能力提高練) 第三節(jié) 實驗：描繪小電珠的伏安特性曲線（附解析）

【能力提高練】第三節(jié)實驗：描繪小電珠的伏安特性曲線1．(2022?遼南協(xié)作體高三(下)二模)某實驗小組做“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗。除開關(guān)、導(dǎo)線以外，實驗室還有以下器材可供選擇：A．待測小燈泡L(3V，1.8W)B．電流表(量程0.3A，內(nèi)阻約1Ω)C．電流表(量程1.0A，內(nèi)阻約0.5Ω)D．電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約5kΩ)E．滑動變阻器(最大阻值5Ω，額定電流2.0A)F．滑動變阻器(最大阻值100Ω，額定電流1.0A)G．電池組E(電動勢為4.5V，內(nèi)阻不計)(1)為了盡可能減小實驗誤差，且要求能夠在0~3V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，電流表選___________，滑動變阻器選___________(填寫實驗器材前的字母代號)；(2)根據(jù)所選的器材，請在圖甲中完成電路圖___________；(3)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪的小燈泡伏安特性曲線如圖乙所示，將兩個規(guī)格相同的該燈泡并聯(lián)后接到電動勢為3.0V、內(nèi)阻為2.5Ω的另一電源E0上，如圖丙所示。則每個小燈泡的實際功率為_______W。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)【解析】(1)[1]小燈泡的規(guī)格是3V，1.8W，由求得，電流表選電流表(量程1.0A，內(nèi)阻約0.5Ω)．[2]為描繪小燈泡伏安特性曲線，需電壓從零開始連續(xù)變化，需選擇滑動變阻器的分壓接法，滑動變阻器的規(guī)格是滑動變阻器(最大阻值5Ω，額定電流2.0A)．(2)[3]根據(jù)實驗?zāi)康?，由于電壓表?nèi)阻遠大于小燈泡電阻，選用電流表外接法，滑動變阻器選擇分壓接法，畫出電路圖如圖(3)[4]設(shè)小燈泡的電壓為U，電流為I，則有，變形代入數(shù)據(jù)得在小燈泡伏安特性曲線圖乙中作圖如圖交點的橫縱坐標(biāo)的乘積表示小燈泡此時功率，考慮誤差功率范圍【答案】①C②E③④2．(2022?湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)二模)表格中所列數(shù)據(jù)是測量小燈泡關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)：U/V00.20.51.01.52.02.53.0I/A00.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析上表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實驗電路圖是圖中的_________(填“甲”或“乙”)；(2)在圖中的方格紙內(nèi)畫出小燈泡的曲線；________(3)有人推論：如果燈泡兩端的電壓增大到3.5V，那么燈泡中通過的電流一定小于0.251A，你認為他的推論是否正確，_______為什么？_______。(4)如圖丙所示，用一個定值電阻R和兩個上述小燈泡組成串并聯(lián)電路，連接到內(nèi)阻不計、電動勢為3V的電源上。已知流過電阻R的電流是流過燈泡b電流的兩倍，則流過燈泡b的電流約為________A。【解析】(1)[1]由表格數(shù)據(jù)，燈泡電壓要從0開始變化，應(yīng)選擇分壓式電路，故選甲；(2)[2]小燈泡的曲線如圖所示(3)[3][4]正確，因為從圖線可知，電壓越高，燈絲電阻越大，因此3.5V時的電阻肯定比3.0V時大，假設(shè)此兩電壓下的電阻相等，則，解得，所以3.5V電壓對應(yīng)的實際電流I<0.2508A，因此燈泡中通過的電流一定小于0.251A。(4)[5]流過電阻R的電流是通過燈泡b的兩倍，則流過燈泡a的電流是b的三倍；同時燈泡a和b的電壓之和為3V，則(0.070A，0.30V)(0.210A，2.70V)兩點剛好符合要求，故流過a燈的電流約為0.210A。【答案】①甲②③正確④見解析⑤0.2103．(2022?湖南省長沙市第一中學(xué)高三第九次月考)學(xué)校開放實驗室，同學(xué)們?yōu)榱嗣枥L小燈泡L的伏安特性曲線，并想同時較準(zhǔn)確地測量其在額定電流下的功率，可供選用的器材如下：小燈泡L(規(guī)格“額定電流為1.0A，額定功率約為6.5W”)；電流表A1(量程3A，內(nèi)阻約為0.1Ω)；電流表A2(量程0.5A，內(nèi)阻r2＝8Ω)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻rv＝2.0kΩ)；標(biāo)準(zhǔn)電阻R1(阻值6.0kΩ)；標(biāo)準(zhǔn)電阻R2(阻值8Ω)；學(xué)生電源E(電動勢約為10V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：A．阻值0到10Ω，額定電流1.0AB．阻值0到20Ω，額定電流2.0A本實驗應(yīng)選的滑動變阻器是______(選填“A”或“B”)。(2)老師要求要盡量準(zhǔn)確地描繪出L完整的伏安特性曲線，電壓需從零開始調(diào)節(jié)，在安全前提下盡可能減小誤差且調(diào)節(jié)方便，在虛線框內(nèi)畫出滿足要求的實驗電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號。______(3)某次實驗時，若電流表滿偏時，電壓表的讀數(shù)如圖所示，則電壓表的讀數(shù)為______，燈泡額定功率為______W。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))【解析】(1)[1]滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，由于燈泡額定電流為1.0A，而干路電流一定大于燈泡中的電流，所以為了滑動變阻器的安全。故選B。(2)[2]描繪小燈泡L的伏安特性曲線，滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡的額定電流為1A，電流表A1量程太大，所以選擇電流表A2，其量程為0.5A，需將A2與并聯(lián)，改裝后電流表的量程為，內(nèi)阻為4Ω；電壓表與串聯(lián)，改裝后電壓表量程為，電路圖如圖所示。(3)[3]電壓表讀數(shù)為2.60V。[4]此時電阻的電壓為7.80V，所以此時燈泡的電阻，額定功率【答案】①B②見解析③2.60④6.404．(2022?重慶市育才中學(xué)高三(下)入學(xué)考試)某小組研究電源和小燈泡兩端的電壓隨電流的變化規(guī)律，實驗電路如圖甲。①按規(guī)范連接好實驗電路；②閉合電鍵S，移動滑動變阻器滑片P到某位置，讀出電流表A和電壓表V1、V2的示數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)；③改變滑動變阻器滑片P的位置，重復(fù)步驟②多次測量；④根據(jù)數(shù)據(jù)描繪U﹣I圖像，獲得圖線A、B，如圖乙；⑤完成實驗，整理實驗器材。(1)在步驟②中，移動滑動變阻器滑片P使其阻值變小的過程中，電流表A的示數(shù)將________(選填“逐漸變小”“不變”“逐漸變大”)；電壓表V1的示數(shù)________(選填“逐漸變小”“不變”“逐漸變大”)。(2)從圖乙中可得，電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(3)如圖甲，當(dāng)滑片P移到滑動變阻器的最左端時，小燈泡的實際功率為________W，此時電源的效率為________。(4)下列選項中，使滑動變阻器和小燈泡的功率最為相近的電流表A示數(shù)為________。A．0.5AB．1.0AC．1.5AD．2.0A【解析】(1)[1][2]當(dāng)滑片向左滑動時，滑動變阻器連入電路的阻值減小，所以電路中的電流增大，電流表A示數(shù)增大。而內(nèi)阻上的電壓也將增大，而路端電壓，將減小，故電壓表V1的示數(shù)減小(2)[3][4]由圖示電源U-I圖線可知，圖線與縱軸交點坐標(biāo)為4.5V，則電源電動勢，電源內(nèi)阻(3)[5]滑動變阻器滑動片P移到滑動變阻器的最左端時滑動變阻器接入電路的阻值為零，兩電壓表示數(shù)相等，由圖示圖象可知，燈泡電壓為2.5V，電流為2.0A，燈泡實際功率[6]此時電源的效率(4)[7]滑動變阻器兩端電壓根據(jù)圖示圖線求出滑動變阻器兩端電壓，在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點，然后作出圖象如圖所示，與小燈泡的U-I圖象相交，交點坐標(biāo)為(1.5A，1.5V)，所以此時電流表的示數(shù)為1.5A左右，故選C?！敬鸢浮竣僦饾u變大②逐漸變?、?.5④1.0⑤4.8#4.9#5.0⑥56%(53.3%﹣55.6%均正確)⑦C5．(2022?陜西省西安中學(xué)第二次模擬考試)某同學(xué)用如圖1所示的電路測量未知電阻的阻值．已知電源電動勢約為，內(nèi)阻約為，電壓表滿偏電壓為，定值電阻，電阻箱R最大阻值為。(1)將接1，閉合開關(guān)前，該同學(xué)首先將電阻箱的阻值調(diào)到最大，這樣操作是____________(選填“正確”或“錯誤”)的；(2)多次改變電阻箱R的阻值，得到對應(yīng)電壓表的示數(shù)U如下表，請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖2中作出關(guān)系圖像________：電阻1.02.04.06.08.010.0電壓0.751.282.002.452.763.00(3)斷開，將接2，再閉合，電壓表示數(shù)為，利用(2)中測繪的圖像可得____________，考慮到電壓表為非理想電表，則測量值__________真實值(“大于”、“小于”、“等于”)；(4)為了更方便地測量多種未知電阻，圖1虛線框中電路可作為歐姆表使用，電壓表表盤改動后正確的是____________。A．B．C．D．【解析】(1)[1]當(dāng)電阻箱電阻調(diào)到最大時，閉合電鍵S1時，電壓表兩端電壓為，超過了電壓表的量程，則該操作錯誤；(2)[2]做出U-R圖像如圖；(3)[3][4]電壓表示數(shù)為，利用(2)中測繪的圖像可得，該方法為等效替代法，則電壓表內(nèi)阻對Rx的測量無影響，則測量值等于真實值；(4)[5]設(shè)虛線內(nèi)電路兩端接電阻為R′，則兩端電壓，則R′與U是非線性關(guān)系，則將電壓表刻度改為電阻刻度時，刻度分布不均勻，結(jié)合U-R圖像可知，當(dāng)電阻較大時，當(dāng)電阻變化相等時，電壓變化越小，即電阻的刻度為右密左疏；當(dāng)電壓表滿偏時，即，解得R′=10Ω，故選C?！敬鸢浮竣馘e誤②③2.8(2.7-2.9都給分)④等于⑤C6．(2022?長春外國語學(xué)校高三(下)期初考試)某學(xué)習(xí)小組測繪一個標(biāo)有4V，2.4W的小電風(fēng)扇(線圈電阻恒定)的伏安特性曲線，電風(fēng)扇兩端的電壓需要從零逐漸增加到4V，并便于操作，實驗室備有下列器材：A.電池組(電動勢為4V，內(nèi)阻約為1Ω)B.被測小電風(fēng)扇，電路符號－M－C.電壓表V1(量程為0～6V，內(nèi)阻約為4kΩ)D.電壓表V2(量程為0～15V，內(nèi)阻約為8kΩ)E.電流表A1(量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2kΩ)F.電流表A2(量程為0～3A，內(nèi)阻約為0.05kΩ)G.滑動變阻器R1(最大阻值為5Ω，額定電流為3A)H.滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω，額定電流為3A)I.開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)實驗中所用的電壓表應(yīng)選______(填C或D)，電流表應(yīng)選______(填E或F)，滑動變阻器應(yīng)選______(填G或H)。(2)在圖甲所示方框內(nèi)畫出實驗電路圖______；(3)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于0.5V時小電風(fēng)扇才開始轉(zhuǎn)動，小電風(fēng)扇的伏安特性曲線如圖乙所示，圖中OA段是直線，AB段是曲線，A點的坐標(biāo)值為(0.2A，0.5V)，B點坐標(biāo)值為(0.6A，4.0V)，則小電風(fēng)扇的電阻為______Ω，正常工作時的機械功率為______W?！窘馕觥?1)[1]電風(fēng)扇的額定電壓，所以電壓表選取C，故填C；[2]電風(fēng)扇的額定電流，從讀數(shù)誤差的角度考慮，電流表應(yīng)該選E，故填E；[3]因題目要求電風(fēng)扇的電壓需要從零逐漸增加到，所以本實驗應(yīng)當(dāng)選擇分壓電路，且滑動變阻器的阻值應(yīng)選用較小的G，故填G；(2)[4]要求電風(fēng)扇的電壓需要從零逐漸增加到，所以本實驗應(yīng)當(dāng)選擇分壓電路，電風(fēng)扇的電阻遠小于，，更遠小于電壓表內(nèi)阻，電流表采用外接法，電路如下(3)[5]電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于純電阻，所以電風(fēng)扇的電阻為[6]電風(fēng)扇正常工作時的機械功率為【答案】①C；②E；③G；④；⑤2.5；⑥1.57．(2022?哈爾濱市第六中學(xué)高三(上)期末)某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲做“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗.已知所用小電珠的額定電壓和額定功率分別為2.5V、1.2W，實驗使用的直流電源的電動勢為3.0V內(nèi)阻忽略不計，實驗可供選擇的器材規(guī)格如下a、電流表A1(量程0～0.6A，內(nèi)阻約5Ω)b、電流表A2(量程0～3A，內(nèi)阻約0.1Ω)c、電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)d、電壓表V2(量程0～15V，內(nèi)阻約2000Ω)e、滑動變阻器R1(阻值0～10，額定電流1A)f、滑動變阻器R2(阻值0～5000，額定電流500mA)請回答下列問題：(1)為了完成實驗且盡可能減小實驗誤差，電流表應(yīng)選擇_______，電壓表應(yīng)選擇_________、滑動變阻器應(yīng)選擇_________(填寫實驗器材前的序號)(2)根據(jù)所選的實驗器材，請設(shè)計合理的電路原理圖來完成該實驗________(3)該研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用設(shè)計好的電路測得了該小電珠兩端的電壓U和通過該小電珠的電流，由歐姆定律計算得到的小電珠的電阻值_______(選填“大于”“等于＂或“小于＂)真實值(4)該研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)通過設(shè)計好的電路得到了多組實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的多組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點畫圖，如圖所示，該圖線向下彎曲，其原因是______.(5)如果取兩個這樣的小電珠并聯(lián)以后再與一阻值為2.0Ω的定值電阻串聯(lián)，并接在電動勢為3.0V、內(nèi)阻忽略不計的直流電源兩端，則每個小電珠消耗的實際功率應(yīng)為________W(結(jié)果保留兩位小數(shù))【解析】(1)[1][2][3]由于燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表應(yīng)選：c，額定電流為：，所以電流表選：a，本實驗燈泡兩端電壓從零開始變化，所以滑動變阻器用分壓式即用總阻值較小的，即為e；(2)[4]本實驗燈泡兩端電壓從零開始變化，所以滑動變阻器用分壓式，燈泡的電阻較小，所以電流表應(yīng)外接，電路圖如圖所示：(3)[5]由于電壓表的分流作用，所以電流表的示數(shù)比流過燈泡的電流更大，由公式可知，電阻的測量值小于真實值；(4)[6]I-U圖象的割線斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖可知，電阻隨電壓的增大而增大，其原因是燈泡的電阻隨溫度的增大而增大；(5)[7]將定值電阻與電源等效為內(nèi)阻為2.0，電動勢為3.0V的電源，由閉合電路歐姆定律得：，變形得：，I-U關(guān)系圖象作入I-U圖中由圖可知，U=1.28V，I=0.43A，所以燈泡的實際功率為：．【答案】①a②c③e④⑤小于⑥小電珠的電阻隨溫度的升高而增大⑦0.57(0.50—0.60)8．(2022?哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)高三(上)期中)(1)寫出下列測量儀器所測得的數(shù)據(jù)___________mm；___________mm(2)為了描繪一個“12V6W”的小燈泡的伏安特性曲線，現(xiàn)提供以下器材進行實驗：直流電源E：電動勢為15V，內(nèi)阻不計；電流表A：量程分別為0～0.6A和0～3A，內(nèi)阻分別約為0.5Ω和0.1Ω；電壓表V：量程為0～3V，內(nèi)阻為3kΩ；定值電阻R0：阻值為12kΩ；滑動變阻器R：最大阻值為20Ω，允許通過的最大電流為1A；開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。①由于電壓表的量程偏小，要用所給電壓表V和定值電阻R0改裝成一個較大量程的電壓表V′，改裝后的電壓表量程為___________V。②在方框里畫出符合本實驗要求的電路圖。()③根據(jù)測得的電壓表V的示數(shù)和電流表A的示數(shù)，描出IU曲線如圖甲所示。某次測量時，電流表指針位置如圖乙所示，則電流表讀數(shù)為_______A，此時小燈泡的電阻為_______Ω?！窘馕觥?1)[1]螺旋測微器的讀數(shù)為：固定刻度的讀數(shù)+可動刻度的讀數(shù)0.01mm=5.5mm+4.50.01mm=5.545mm。[2]游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為：主尺的讀數(shù)+游標(biāo)尺的讀數(shù)精度值=31mm+60.05=31.30mm。(2)①[3]改裝后的電壓表量程為②[4]為了描繪一個“12V6W”的小燈泡的伏安特性曲線，要求電壓從0開始調(diào)節(jié)，所以控制電路采用分壓式控制電路，但是電壓表的量程太小所以利用改裝后的電壓表來代替，并且由于待測電阻的阻值較小，根據(jù)大內(nèi)小外的規(guī)律，測量電路采用伏安法外接法，所以為該實驗小組設(shè)計電路圖為分壓式外法接，電路圖如圖所示③[5]由于電流表的最小刻度為0.02A，所以電流表的讀數(shù)為0.40A。[6]根據(jù)圖像可知電流為0.40A時，電壓為1.5V，則此時小燈泡的電阻為【答案】①5.545②31.30③15④⑤0.40⑥18.759．(2022?黑龍江省哈六中五模)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8V，額定電流0.32A)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻3kΩ)；電流表A(量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω)；固定電阻R0(阻值1000Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0Ω)；電源E(電動勢5V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干．(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖______．(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示．由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________(選填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(選填“增大”“不變”或“減小”)．【解析】(1)因本實驗需要電流從零開始調(diào)節(jié)，因此應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法；因燈泡內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻接近，故應(yīng)采用電流表外接法；另外為了擴大電壓表量程，應(yīng)用R0和電壓表串聯(lián)，故原理圖如圖所示；(2)I-U圖象中圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖可知，圖象的斜率隨電壓的增大而減小，故說明電阻隨電流的增大而增大；其原因是燈絲的電阻率隨著電流的增大而增大；【答案】①(1)②(2)增大；③增大；10．(2022?廣東省執(zhí)信中學(xué)高三(下)月考)某同學(xué)為研究燈泡電阻的特點，他用多用表通過測量，了解家用白熾燈泡在室溫下的電阻有多大，并通過實驗，研究小燈泡電阻與所加電壓的變化關(guān)系。(1)他用多用表測量家用燈泡電阻時，先用大拇指和食指緊捏紅黑表筆進行歐姆調(diào)零(如圖)，然后手握兩表筆連接被測燈泡的燈絲兩端，測量燈絲阻值(如圖b)，關(guān)于這兩次操作是否會影響測量結(jié)果，下列說法正確的是____；A.只有圖a的操作不會影響測量結(jié)果B.只有圖b的操作不會影響測量結(jié)果C.兩圖的操作均不會影響測量結(jié)果D.兩圖的操作都會影響到測量結(jié)果(2)他使用如下器材通過實驗描繪某個小燈泡的伏安曲線：直流電源，電壓表V，電流表A，滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線若干。請在圖中把還需要連接的導(dǎo)線用筆畫出來_____；(3)實驗測出了小燈泡的伏安特性曲線如圖所示，由燈泡的伏安特性曲線可知，燈泡電壓為2.0V電阻阻值與電壓為1.0V的電阻值的比值約為_____(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(4)若在圖連接另外兩根導(dǎo)線之前，用導(dǎo)線將電壓表正接線柱與電流表正接線柱相連，閉合開關(guān)，燈泡不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，則該電路的故障可能是______。A．開關(guān)接觸不良B.小燈泡接觸不良C.電流表接觸不良D.滑動變阻器接觸不良【解析】(1)[1]由于歐姆調(diào)零時，兩表筆直接相連，電路相當(dāng)于短路，人的電阻幾乎無影響，圖的操作不會影響測量結(jié)果。測量燈絲阻值時，人體與燈絲并聯(lián)，電表所測阻值是它們并聯(lián)后的電阻，測量值偏小。故選A；(2)[2]燈