2023届高考一轮复习（老高考）第九章 微专题63　实验：描绘小电珠的伏安特性曲线【解析版】

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1．某兴趣小组欲测定一只标有“4.0 V,0.8 W”的小灯泡的伏安特性曲线，准备的器材如下：
双量程电压表V(量程为0～3 V时的内阻rV1＝9 kΩ，量程为0～15 V时的内阻rV2＝15 kΩ)；
电流表A(量程100 mA，内阻rA＝10 Ω)；
标准电阻R1(阻值为3 kΩ)，标准电阻R2(阻值为15 kΩ)，标准电阻箱R3(阻值0～999.9 Ω)；
滑动变阻器R4(阻值0～15 Ω)；
学生稳压电源(电动势E＝6 V，内阻不计)；
单刀双掷开关S，导线若干．
(1)实验需要小灯泡两端电压可以在0到4.0 V之间任意调节，小组设计安装了如图(a)所示实验电路，其中标准电阻R应选________(填“R1”或“R2”)；
(2)根据实验要求，电阻箱R3的阻值应调节到________ Ω；
(3)连接好电路，开关S分别接a、b，调节滑动变阻器测得多组数据，对数据进行处理后，作出I－U图像，如图(b)所示，其中S接a时得到的图像应是图中的曲线________(填“1”或“2”)；在1、2两条曲线中，曲线________(填“1”或“2”)更接近小灯泡真实的伏安特性曲线；
(4)直虚线3、4分别为曲线1、2上P、Q两点的切线，由图可知，当小灯泡两端电压为2.25 V时，灯丝电阻为________Ω(保留一位小数)．
答案 (1)R1 (2)10 (3)2 1 (4)13.8(13.7～13.9均可)
解析 (1)根据实验要求，电压表改装后的最大量程在4.0～6.0 V之间最好，由eq \f(U0,rV1)＝eq \f(U,rV1＋R)
解得串联电阻的阻值R在3 kΩ到9 kΩ之间，所以选择R1与电压表串联；
(2)小灯泡额定电流IL＝eq \f(P额,U额)＝0.2 A＝200 mA，电流表量程由100 mA改装为200 mA，由IArA＝(IL－IA)RA
解得并联电阻RA＝rA＝10 Ω
(3)S接a时，改装后的电流表内接，改装后的电流表测得的是通过小灯泡的电流的真实值，而改装后的电压表测得的是包括改装电流表两端电压在内的电压，电流相同时电压值偏大，故S接a得到的是曲线2；根据改装后电表内阻与小灯泡电阻的比较可知，改装后电流表外接得到的伏安特性曲线1比较接近小灯泡真实的伏安特性曲线；
(4)由于曲线1更接近小灯泡真实的伏安特性曲线，因此灯丝电阻由P点坐标求出，即RL＝eq \f(UP,IP)＝eq \f(2.25,162.5×10－3) Ω≈13.8 Ω.
2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡的额定电压为2.5 V，额定功率为0.5 W，此外还有以下器材可供选择：
A．直流电源3 V(内阻不计)
B．直流电流表A1：量程0～300 mA(内阻约为5 Ω)
C．直流电流表A2：量程0～3 A(内阻约为0.1 Ω)
D．直流电压表V：量程0～3 V(内阻约为3 kΩ)
E．滑动变阻器R1：阻值范围0～100 Ω，额定电流0.5 A
F．滑动变阻器R2：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A
G．导线和开关
实验要求：滑动变阻器便于调节，小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．
(1)实验中电流表应选用________(填写仪器前的字母)；
(2)在图甲所示的虚线框中画出符合要求的实验电路图(虚线框中已将所需的滑动变阻器画出，请补齐电路的其他部分，要求滑片P向b端滑动时，灯泡变亮)；
(3)根据实验数据，画出小灯泡的I－U图线如图乙所示．由此可知，当电压为0.5 V时，小灯泡的灯丝电阻是________Ω.
(4)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的平方U2变化的图象，在图中所给出的a、b、c图象中可能正确的是________(选填“a”“b”或“c”)．
答案 (1)B (2)见解析图 (3)5.0(或5) (4)b
解析 (1)小灯泡的额定电流为I＝eq \f(P,U)＝eq \f(0.5,2.5) A＝200 mA，电流表选B.
(2)因为小灯泡的电阻远小于电压表的内阻，所以采用电流表外接法；又因为描绘小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡的电流和电压必须从零开始调整，所以必须采用分压电路，实验电路如图所示．
(3)由题图乙得，当电压为0.5 V时，小灯泡的电流为0.1 A，小灯泡的灯丝电阻为R＝eq \f(U′,I′)＝5.0 Ω.
(4)由题图乙可知，随着小灯泡两端电压的增大，灯泡的电阻R增大，小灯泡的功率为P＝eq \f(U2,R)，R增大，斜率减小，b正确，a、c错误．
3．有一额定电压为2.8 V、额定功率为0.56 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个小灯泡的伏安特性曲线．有下列器材可供选用：
A．电压表(量程0～3 V，内阻约6 kΩ)
B．电压表(量程0～6 V，内阻约20 kΩ)
C．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.5 Ω)
D．电流表(量程0～200 mA，内阻约20 Ω)
E．滑动变阻器(最大电阻10 Ω，允许最大电流2 A)
F．滑动变阻器(最大电阻200 Ω，允许最大电流150 mA)
G．三节干电池(电动势约为4.5 V)
H．电键、导线若干
(1)为提高实验的精确程度，电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________；(以上均填器材前的序号)
(2)通过实验描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图，则以下电路图中哪一种实验误差最小________；
所以小灯泡电阻测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)；
(3)根据小灯泡的伏安特性曲线，当小灯泡电压是3 V时，小灯泡电阻是________ Ω(保留两位小数)；
(4)由伏安特性曲线可知，小灯泡电阻随电压增大而________．
答案 (1)A D E (2)A 小于 (3)14.29 (4)增大
解析 (1)小灯泡的额定电压为2.8 V，所以电压表选择量程0～3 V，故选A.小灯泡的工作电流I＝eq \f(P,U)＝0.2 A，电流表选择量程0～200 mA，故选D.为提高实验的精确程度，选择分压式，滑动变阻器选择小电阻，故选E.
(2)小灯泡的电阻R＝eq \f(U,I)＝14 Ω，由于eq \f(RV,R)>eq \f(R,RA)，所以小灯泡为小电阻，选择电流表外接，故电路图选A.
电流表外接，由于电压表的分流，导致测量的电流偏大，所以小灯泡电阻测量值小于真实值．
(3)根据小灯泡的伏安特性曲线，当小灯泡电压是3 V时，小灯泡电阻R＝eq \f(U,I)＝eq \f(3 V,0.21 A)≈14.29 Ω.
(4)由题图伏安特性曲线上点与坐标原点，连线的斜率表示电阻的倒数，因斜率减小，故小灯泡电阻随电压增大而增大．
4．类太阳光的LED ( 发光二极管)光源照明具有稳定节能、绿色环保等优势，近年来广泛应用于人们的日常生活中．某实验小组要描绘一个标有“4.0 V,1.0 W”全光谱系列LED灯珠正向导电的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整．选用的器材有：
A．电池组(电动势为6.0 V，内阻约1 Ω)；
B．电流表(量程为0～300 mA，内阻约5 Ω)；
C．电压表(量程为0～3 V，内阻3 kΩ)；
D．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；
E．定值电阻(阻值1 kΩ)
F．定值电阻(阻值10 kΩ)
G．开关一个、导线若干．
(1)实验电路如图甲，请用笔画线代替导线，补画一条导线连接成完整的电路．
(2)定值电阻应选________(选填“E”或“F”)；
(3)实验得到LED灯珠的伏安特性曲线如图乙，对本实验理解正确的是________．(填正确答案标号)
A．LED灯珠正向电阻阻值随两端电压的增大而增大
B．若滑动变阻器采用限流接法，也能绘制出完整的曲线
C．当LED灯珠两端的电压小于3 V时，电流表示数变化不明显，误差大
D．当LED灯珠两端的电压为3 V左右时，应多测几组数据，描绘的曲线更精确
答案 (1)见解析图
(2)E (3)CD
解析 (1)根据题意，该电路滑动变阻器应采用分压式接法，开关要控制总电路，LED的电阻比较小，采用电流表外接法测量误差较小，电路如图所示
(2)电压表的量程为3 V，可以串联一个电阻，改装成4 V的电压表，串联的阻值为R＝eq \f(4 V－3 V,\f(3 V,3 000 Ω))＝1 000 Ω，故选E.
(3)由图可知LED灯珠的正向电阻随接入两端电压的增大而减小，A错误；若滑动变阻器采用限流式接法，电压不能从零开始调节，则绘制不出完整的曲线，B错误；根据图像可知，当LED灯珠两端的电压小于3 V时，电流表示数变化不明显，误差大，C正确；当LED灯珠两端的电压为3 V左右时，电流变化明显，图线变化明显，应多测几组数据，描绘的曲线更精确，D正确．