人教版物理高中二轮复习专题试卷练习——第三十一讲《描绘小电珠的伏安特性曲线》

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 第三十一讲 描绘小电珠的伏安特性曲线 1．有一灯泡上标有“6 V　0.1 A”字样，现要测绘该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：A．电压表(0～5 V，内阻2.0 kΩ)        B．电压表(0～10 V，内阻3.0 kΩ)C．电流表(0～0.3 A，内阻2.0 Ω)        D．电流表(0～6 A，内阻1.5 Ω)E．滑动变阻器(30 Ω，2 A)              F．滑动变阻器(100 Ω，0.5 A)G．学生电源(直流9 V)及开关、导线等(1)实验中所用的电压表应选__________，电流表应选__________，滑动变阻器应选____________．(2) 本实验要求电压从零开始测量，所以从下列电路图中选出正确的实验电路图（    ）．【答案】(1)B；C；E；（2）B。【名师点晴】电压表与电流表的选择宜根据小灯泡的规格选取，有时还需要根据电源电压选取，最好二者相结合；电路的选择需要根据从0开始测量判断，即要求电压的调节范围宽泛，所以采用分压式连接；由于灯泡的电阻较小，故采用电流表外接的方法连接，误差较小。2．现用伏安法研究某电子器件RX（5V，2.25W）的伏安特性曲线，要求伏安特性曲线尽可能完整，备有下列器材： A、直流电源（6V，内阻不计）；B、电流表（满偏电流Ig =3mA，内阻Rg=10Ω）； C、电流表（0～0．6A，内阻未知）； D、滑动变阻器R1（0～20Ω，5A）； E、滑动变阻器R2（0～200Ω，1A）； F、定值电阻 R0（阻值1990Ω）； G、单刀开关一个与导线若干； （1）根据题目提供的实验器材，请你在方框中设计出测量电子器件RX伏安特性曲线的电路原理图（RX可用电阻符号表示）。 （2）在实验中，为了操作方便且伏安特性曲线尽可能完整，滑动变阻器应选用     。（填写器材前面字母序号） （3）上述电子器件RX的伏安特性曲线如图甲，将它和滑动变阻器R3串联接入如图乙所示的另一电源构成的电路中。调节滑动变阻器R3使电源输出功率最大，已知该电源的电动势E=6．0V，电源的内阻r=15Ω，滑动变阻器R3阻值范围0～20Ω，则此时R3接入电路的阻值为_                Ω。 【答案】(1) 电路原理图如下图所示 (2) D  (3) 10Ω知，待测电阻估值为（Ω），满足故采用安培表外接法，由于实验要求伏安特性曲线尽可能完整，电流应从零调起，所以变阻器应采用分压式接法，故电路图如上所示。 3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，需测量一个标有“3V，1.5W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。现有如下器材：直流电源（电动势3.0V，内阻不计）电流表A1（量程3A，内阻约0.1Ω）  电流表A2（量程600mA，内阻约5Ω）电压表V1（量程3V，内阻约3kΩ）   电压表V2(量程15V，内阻约200kΩ)滑动变阻器R1（阻值0-10Ω，额定电流1A）滑动变阻器R2（阻值0-1kΩ，额定电流300mA）①       该实验中，电流表应选择      （填“A1”或“A2”），电压表应选择     （填“V1”或“V2”），滑动变阻器应选择       （填“R1”或“R2”）。②       某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路，请在方框中完成实验的电路图。③       下表是学习小组在实验中测出的6组数据，某同学根据表格中的数据在方格纸上已画出了5个数据的对应点，请你画出第4组数据的对应点，并作出该小灯泡的伏安特性曲线。 U(V)I(A)10020.50.1731.00.3041.50.3952.00.4562.50.49    ④       若将该灯泡与一个6.0Ω的定值电阻串联，直接接在题中提供的电源两端，请估算该小灯泡的实际功率P=        W（保留两位有效数字）。（若需作图，可直接画在第③小题图中）【答案】①A2、V1、R1；②略；③略；④0.35W。 【名师点晴】该题通过对已知电源电压及灯泡的分析，明确了电压表及电流表的规格，再通过该实验的特点确定了电路的连接方式；画电路图及描点的难度都不大，就是最后一问求灯泡的电功率比较难一些，需要我们观察图像，找出灯泡与定值电阻两端电压之和是3V的电流来，然后再求灯泡的电功率。4．有一个小灯泡上标有“4 V　0.5A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图1中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_________ (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)．(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．【答案】 (1)加在灯泡两端的电压需从0开始。（2） A  D  E   (3)      【名师点睛】（1）仪表的选择应本着安全准确的原则；电压表要测量灯泡两端的电压，故应通过灯泡的额定电压值判断需要的电压表；由流过灯泡的电流判断需要的电流表；由题意判断需要的滑动变阻器；（2）根据滑动变阻器分压及限流接法的不同作用，结合题意选择滑动变阻器的接法；由电流表、电压表与灯泡内阻间的大小关系确定电流表的接法．5．2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，以表彰他们对石墨烯的研究．他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的．我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨，能导电．某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下数据：（I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压）：实验室提供如下器材：A．电流表A1（量程0.6A，内阻约为1.0Ω）B．电流表A2（量程3A，内阻约为0.1Ω）C．电压表V1（量程3V，内阻3kΩ）D．电压表V2（量程15V，内阻15kΩ）E．滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流2A）F．滑动变阻器R2（阻值0～2kΩ，额定电流0.5A）（1）除长约14cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E（6V）、开关和带夹子的导线若干外，还需选用的其它器材有　　（填选项前字母）；（2）在虚线方框中画出实验电路图；（3）根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I﹣U图线．【答案】1（1）ACE；（2）如图所示；（3）如图所示【名师点睛】探究铅笔芯伏安特性曲线实验要求电压、电流必须从零调，故一定注意滑动变阻器应用分压式接法，另外需注意电流表内外接法的选择．只要用“伏安法”做电学实验就有电流表内外接法区别，一般是看比值若RV/Rx>Rx/RA，则应选外接法；若RV/Rx<Rx/RA，则选内接法，或根据口诀看待测电阻“大内偏大，小外偏小”选择．只要用滑动变阻器就有“分压式”和“限流式”之分，以下情况必须用分压式；要求电压与电流从零调或要求调节范围足够大；变阻器的电阻值太小．1．某额定电压为8 V的灯泡的伏安特性曲线如图所示．若将它与一个R＝7 Ω的定值电阻串联后接在电动势E＝8 V、内阻r＝1Ω的电源上，则通过该灯泡的实际电流约为______ A，该灯泡的实际功率为______ W.【答案】0.5；2.0【解析】由电源的电动势和内阻作出电源的伏安特性曲线如图所示；则交点为灯泡的工作点，由图可知，灯泡的电压为4V，电流为0.5A，则灯泡的功率P=UI=4×0.5=2.0W【名师点睛】求灯泡实际功率时要注意图象法的应用，即在图中作出电源的伏安特性曲线，图象与灯泡的伏安特性曲线的交点为灯泡的工作点；要掌握应用图象法处理实验数据的方法.2．发光二极管（LED）是由镓（Ga）、砷（As）与磷（P）等的化合物制成的一种能够发光的半导体电子元件，通常用在电路及仪器中作为指示灯，或组成文字或数字显示，其显著的特点就是具有单向导电性。其电路符号如图甲所示，正常使用时带“+”号的一端应接在电源的正极，带“-”号的一端应接在电源的负极。某课外活动小组用实验方法测得某型号发光二极管两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示（1）如图乙、丙有两个可供选择的电路，应选图_______（填“乙”或“丙”）电路进行实验，实验中的系统误差主要是由_________________________________________________引起的。（2）请在坐标纸上用描点法画出该型号发光二极管的伏安特性曲线。（3）若该型号发光二极管的最佳工作电压为2.5V，现用5V的稳压电源供电，则需要在电路中串联一个电阻R才能使其处于最佳工作状态，请根据所画出的该型号二极管的伏安特性曲线进行分析，串联的电阻R的阻值为_______Ω。（结果保留三位有效数字）【答案】（1）丙  电压表分流（2）如图所示（3）112Ω～120Ω【名师点睛】对于非线性元件，要注意应用图象求出其工作电压和电流； 同时对于实验题要注意电学规律的正确应用．3．当小灯泡发光时其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化．某同学为研究这一现象，按照自己设计的实验电路图测量小灯泡的电流I和电压U，得到如下表所示的数据.I(A)0.120.220.290.340.380.420.450.470.490.50U(V)0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)请你根据上表数据的特点，在虚线框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关和导线若干．(2)在图所示坐标纸上画出小灯泡的U­Ⅰ曲线，并定性分析灯丝的电阻与灯泡发光亮度的变化关系：_______________(3)如果将上面实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V、内阻为2.0 Ω的电源两端，利用上面的U­Ⅰ曲线可求出小灯泡的实际功率是________________W，电源效率为________．(结果保留2位有效数字)【答案】(1)如图所示；　(2)如图所示；　灯丝电阻随发光亮度的增加而增大；(3)0.28　53%　　　　　　　　　             　　　　　　　　　（3）在同一坐标系内作出电源的U-I图象如图所示，由图象可知，灯泡两端电压U=0.8V，电流I=0.349，灯泡实际功率P=UI=0.8×0.349≈0.28W，效率；【名师点睛】本题考查了实验电路设计、作图象、求灯泡实际功率与电源效率问题，应用图象法处理实验数据是常用的实验数据处理方法，要掌握描点法作图的方法；作出灯泡的U-I图象与电源U-I图象是求出灯泡实际功率与电源效率的前提与关键。4．某同学用如右图（甲）所示的电路，描绘标有“3.8 V  0.3 A ”的小灯泡灯丝电阻R随电压U变化的图象。除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：A1（量程100 mA，内阻约2Ω）        A2（量程0.6 A，内阻约0.3Ω)电压表：V1(量程5 V，内阻约5kΩ )             V2（量程15 V，内阻约15Ω )滑动变阻器：R1（最大阻值约为100Ω）          R2（最大阻值约为10Ω）电源E（电动势为4V，内阻约为0.04Ω），电键S，导线若干。（1）为了调节方便，测量准确， 实验中应选用电流表___，电压表___，滑动变阻器___。(选填器材前的字母代号)（2）根据实验数据，计算并描绘出R－U的图象如图（乙）所示.由图象可知，此灯泡在所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为___Ω，灯泡实际消耗的电功率为___  W（计算结果保留两位有效数字）.（3）根据R－U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的示意图，最接近（丙）中的___．【答案】（1）A2、V1、R2、E2  （2）11.5、0.78（3）D（2）由R-U图象知U=0时R为，时R为，由得。（3）由知，时，故BC不合题意，P随U的增大而增大，故D正确。【名师点睛】此题是描绘小灯泡的伏安特性曲线实验；关键要搞清实验的原理及仪器的选择方法，仪器选择遵循的原则是“安全、准确、方便”；注意要想在待测电阻上得到从零开始的连续可调电压时，滑动变阻器必须要用分压电路。5．某实验小组预测定一只小灯泡（其额定功率为0.75W，但额定电压已经模糊不清）的额定电压值，实验过程如下：他们先用多用电表的欧姆档测出小灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式算出小灯泡的额定电压U=≈1.23v。但他们认为这样求得的额定电压值不准确，于是他们利用实验室中的器材设计了一个实验电路，进行进一步的测量。他们选择的实验器材有：A.电压表V（量程3v，内阻约3kΩ）B.电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）C.电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）D.滑动变阻器R1（0～20Ω）E.滑动变阻器R2（0～50Ω）F.电源E（电动势4.0v，内阻不计）G.开关s和导线若干（1）测量过程中他们发现，当电压达到1.23v时，灯泡亮度很弱，继续缓慢地增加电压，当达到2.70v时，发现灯泡已过亮，立即断开开关，所有测量数据见下表：次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中数据，在给出的坐标纸上作出U-I图线，从中可得小灯泡的额定电压应为         v（结果保留两位有效数字）。这一结果大于实验前的计算结果，原因是                                。（2）从表中的实验数据可以知道，他们在实验时所选择的电路应为         ，电流表应选         （填“A1”或“A2”），滑动变阻器应选          （填“R1”或“R2”）。【答案】（1）U-I图线：灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻（或：灯泡电阻随温度升高而变大）（2）C， ，【名师点睛】本题考查了求额定电压、实验电路的选择、实验器材的选择，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选择实验电路的关键。 1．【2017·新课标Ⅰ卷】（10分）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3.8 V，额定电流0.32 A）；电压表V（量程3 V，内阻3 kΩ）；电流表（量程0.5 A，内阻0.5 Ω）；固定电阻R0（阻值1 000 Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0 Ω）；电源E（电动势5 V，内阻不计）；开关S；导线若干。（1）实验要求能够实现在0~3.8 V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（a）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”），灯丝的电阻率__________（填“增大”“不变”或“减小”）。（3）用另一电源E0（电动势4 V，内阻1.00 Ω）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2位小数）【答案】（1）如图所示    （2）增大  增大  （3）0.39  1.17  （2）由I–U图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律知，电阻率增大；【名师点睛】电路图主要是控制电路、测量电路的连接。小灯泡阻值为小电阻——外接法，电压从0开始测量——分压式接法。然后由伏安特性曲线分析阻值的变化，注意纵轴是电流。第（3）问求小灯泡消耗的实际功率较难，因小灯泡的阻值随电流的变化而变化，通过闭合电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流、电压值。2．【2016·天津卷】某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”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了开关、导线外，还有：电压表V1（量程0~3 V，内阻等于3 kΩ）电压表V2（量程0~15 V，内阻等于15 kΩ）电流表A1（量程0~200 mA，内阻等于10 Ω）电流表A2（量程0~3 A，内阻等于0.1 Ω）滑动变阻器R1（0~10 Ω，额定电流2 A）滑动变阻器R2（0~1 kΩ，额定电流0.5 A）定值电阻R3（阻值等于1 Ω）定值电阻R4（阻值等于10 Ω）定值电阻R5（阻值等于1 kΩ）电源E（E=6 V，内阻不计）①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。②该同学描绘出的I–U图象应是下图中的______。【答案】①电路如图  ②B【名师点睛】此题考查了探究小灯泡的伏安特性曲线的实验；此题的难点在于题中所给的电表量程都不适合，所以不管是电流表还是电压表都需要改装，所以要知道电表的改装方法；改装成电压表要串联分压电阻；改装成电流表要并联分流电阻；其他部分基本和课本实验一样。3．【2015·海南·12】某同学利用图（a）所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E（内阻很小）、开关和、电容器C（约100）、电阻（约200k）、电阻（1k）、电压表V（量程6V）、秒表、导线若干。（1）按图（a）所示的电路原理将图（b）中实物图连线。（2）先闭合开关，再断开开关：闭合开关，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表示数如图（c）所示，电压表的读数为________V（保留2位小数）。（3）该同学每隔10s记录一次电压表的读数，记录的数据如下表所示在答题卡给出的坐标纸上绘出图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是______s。（4）电路中C、和构成的回路的作用是___________。【答案】（1）如图所示（2）3.6V（3）图像如图所示，40s（4）使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和（4）电路中C、和构成的回路，先闭合开关，再断开开关，使电容器上所带电荷量释放干净，不影响下一次实验。【方法技巧】本题是开放性实验题目，对学生的能力考查较好，无论什么样的实验，都是对我们所学过实验原理以及方法的应用，高中的物理基础实验原理一定要掌握。4．【2015·浙江·22】图1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。（1）根据图1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2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__________。【答案】（1）如图（2）①0.10A、②0.24A、③2.0V、④0.27V。和，如填为和也行【方法技巧】做此类实验，一定要注意实验原理，根据实验要求，选择合适的器材，在读取电表数据时，一定要注意选取的量程，和分度值，