2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-描绘小灯泡伏安特性曲线实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-描绘小灯泡伏安特性曲线实验专题（含解析），共20页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
小明同学想研究一段铅芯的伏安特性曲线，他连接了如图甲所示的实验电路.小亮同学认为小明的电路并不完善，他在该电路上增加了一条导线，得到了小明的认同．
甲
(1)请你用笔画线在图甲上加上这条导线．
(2)对小亮改正后的电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于____(填“最左端”或“最右端”).
(3)闭合开关后，调节滑动变阻器，测得一组电压表和电流表的示数记录如下表：
请根据表中的数据，在图乙坐标系中作出铅芯的I−U图线．
乙
(4)由图象可知随着温度的升高，铅芯的电阻率____(填“增大”“减小”或“不变”).
有一额定电压为2.8V、额定功率0.56W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0～3V内阻约6kΩ)
B.电压表(量程0～6V，内阻约20kΩ)
C.电流表(量程0-0.6A，内阻约0.5Ω)
D.电流表(量程0～200mA，内阻约20Ω)
E.滑动变阻器(最大电阻10Ω，允许最大电流2A)
F.滑动变阻器(最大电阻200Ω，允许最大电流150mA)
G.三节干电池(电动势约为4.5V)
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)请在虚线框内画出描绘小灯泡伏安特性曲线的电路图。
(3)通过实验描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图所示，某同学将一电源(电动势E=2V，内阻r=5Ω)与此小灯泡直接连接时，小灯泡的实际功率是______W.(保留两位有效数字)
某研究性学习小组为了研究一只标有“2.0 V，1.0 W”字样小灯泡的伏安特性曲线．实验室提供了以下器材：
A.电源E：电动势为3.0 V，内阻不计；
B.电压表V：量程为0～3 V，内阻约为1 kΩ
C.电流表A1：量程为0～3 A，内阻约为0.1 Ω；
D.电流表A2：量程为0～0.6 A，内阻约为0.6 Ω；
E.滑动变阻器R1：最大阻值为10 Ω，额定电流为1.0 A；
F.滑动变阻器R2：最大阻值为15 kΩ，额定电流为1.0 A；
G.开关S，导线若干．
(1)实验中电流表应选________(填“A1”或“A2”)，测动变阻器应选用_________(填“R1”或“R2”)．
(2)实验设计的电路如图甲所示，请根据电路图将实物图连接完整．连接好电路后，在闭合电键前，应将图乙中滑动变阻器的滑片移到________(填“A”或“B”)端．
(3)闭合电键后移动滑动变阻器，测出多组电压表和电流表的示数U、I，数据点已在丙图中标出，请你根据测得的数据，在U−I坐标系中描点作图，并由此判断：小灯泡的电阻随温度升高而________(填“增大”或“减小”)．
实验目的：测绘小灯泡的伏安特性曲线并计算其额定功率。给定器材如下：
小灯泡(带灯座) 标称2.5 V
伏特表V1 0～3 V 内阻约15 kΩ
伏特表V2 0～5 V 内阻约25 kΩ
定值电阻R0 5Ω
滑动变阻器R 0～10 Ω
电源 4.5 V 内阻很小
电键及导线若干
(1)上述器材中没有安培表，但多给了一块伏特表和一个定值电阻。某同学据此设计了甲、乙两个测量电路，(如上图所示)请在更为合理的一个(甲或乙)的基础上，补齐控制电路从而构成完整的实验电路。
(2)已知当伏特表V1示数为U1时，V2表的示数为U2，小灯泡此时的功率为________
(3)实验中，某同学突发奇想，用一个“220 V，40 W”的白炽灯替换小灯泡进行实验(其它器材照旧)，该同学得到的图线更接近下图a、b、c、d四条中的哪一条？( )
某同学要描绘小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡上标有“3.8 V，2 W”的字样。现有如下器材供选取：
A.电压表V1(0～3 V，内阻约为6 kΩ)
B.电压表V2(0～4 V，内阻约为8 kΩ)
C.电压表V3(0～15 V，内阻约为30 kΩ)
D.电流表A1(0～0.6 A，内阻约为0.6 Ω)
E.电流表A2(0～3 A，内阻约为0.05 Ω)
F.滑动变阻器R1(0～5 Ω,2 A)
G.滑动变阻器R2(0～50 Ω,1 A)
H.学生电源(直流6 V)
I.开关、导线若干
(1)为了精确描绘小灯泡的伏安特性曲线和便于操作，电压表选________，电流表选________，滑动变阻器选________。(均填仪器前面的字母序号)
(2)请根据实验原理，使用所选器材设计电路图并在虚线框内画出。
(3)实验中正确操作，记录了多组数据，通过描点绘制了小灯泡的I−U曲线，如图所示。如果将该灯泡接在电动势为E=3.0 V、内阻为r=2.5 Ω的电源上，小灯泡此时的实际电阻约为________Ω，小灯泡消耗的电功率约为________W。
某研究性学习小组为了研究一只标有“”字样小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了以下器材：
A.电源E：电动势为3.0V，内阻不计；
B.电压表V：量程为0～3V，内阻约为1kΩ
C.电流表A1：量程为0∼3A，内阻约为0.1Ω；
D.电流表A2：量程为0～0.6A，内阻约为0.6Ω；
E.滑动变阻器R1：最大阻值为10Ω，额定电流为2.0A；
F.滑动变阻器R2：最大阻值为15kΩ，额定电流为0.5A；
G.开关S，导线若干．
(1)实验中电流表应选________(填“A1”或“A2”)，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)．
(2)实验设计的电路如下图甲所示，请根据电路图将实物图乙连接完整．连接好电路后，在闭合开关前，应将图乙中滑动变阻器的滑片移到________(填“A”或“B”)端．

(3)闭合开关后移动滑动变阻器，测出多组电压表和电流表的示数U、I，根据测得的数据，已在I−U坐标系中描点，如下图丙所示，请作出I−U图线，并由此判断：小灯泡的电阻随温度升高而________(填“增大”或“减小”)．

(4)将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与R=2Ω的定值电阻串联，接在电动势为2V、内阻不计的电源上，如下图丁所示．闭合开关S后，两个小灯泡的总功率为________W(结果保留两位有效数字)．
某学习小组探究LED灯的伏安特性曲线．

(1)实验需要灯两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应采用________接法．(选填“限流式”或“分压式”)
(2)某同学已连接部分导线，请在左图中完成电路的连接．
(3)检查电路连线正确后，某同学闭合开关，看到灯闪亮一下立即熄灭，造成这一现象的原因可能是________．
(4)描绘出灯的伏安特性曲线如右图所示，当灯两端电压为0.80 V时，灯的功率为________.(结果保留2位有效数字)
在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用的电流表内阻为几欧，电压表内阻为十几千欧。实验中得到了多组数据，通过描点连线在I U坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。
(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路。
(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________。
(3)将被测小灯泡、定值电阻R=4Ω和电源串联成如图丙所示的电路。已知电源电动势为6.0 V，内阻为1.0 Ω。则电路中的电流为_____ A，被测小灯泡所消耗的电功率为________ W。(均保留两位有效数据)
答案和解析
1.【答案】(1)(加1线或2线)；
(2)最左端；
(3)
(4)减小。
【解析】
【分析】
本题是常规实验，根据实验原理进行求解即可。
(1)根据实验原理连线即可；
(2)从安全角度考虑即可；
(3)根据表格中的数据连线即可；
(4)图线斜率表示电阻的倒数，再结合电阻定律求解。
【解答】
(1)滑动变阻器应采用分压接法，故加上导线后的实物图为(加1线或2线)：
(2)在闭合电键前，滑动变阻器的滑片应先置于最左端，这样电压表电流表的示数均从零调起。
(3)根据表格中的数据，连线如图所示：
(4)由图像可知：随着温度的升高，铅芯的电阻减小，电阻率减小；
故填：(1)(加1线或2线)；(2)最左端；(3)；(4)减小。
2.【答案】(1)A、D、E；(2)(3)0.18(0.16～0.20范围内均给对)
【解析】
【分析】
(1)根据小灯泡的额定电压可以选出电压表，根据灯泡的额定功率可求出额定电流，则可确定出电流表；根据滑动变阻器的接法可选出滑动变阻器；
(2)根据测伏安特性曲线的实验要求可以选出滑动变阻器的接法，由电流表及电压表内阻的关系可得出电流表的接法；
(3)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，则可得出灯泡的电压及电流，由功率公式可求得实际功率。
测量小灯泡的伏安特性曲线时，根据实验的要求一般采用滑动变阻器的分压接法，电流表应采用外接法。
【解答】
解：(1)由题意可知，灯泡的额定电压为2.8V，为了准确性及安全性原则，电压表应选择A；
由P=UI可得，灯泡的额定电流为：I=PU=，故电流表应选择D；
测量灯泡的伏安特性曲线实验中应采用分压接法，故滑动变阻器应选用小电阻，故滑动变阻器应选择 E；
(2)测量小灯泡的伏安特性曲线时，要求电压值从零开始变化，故滑动变阻器应采有分压接法；灯泡内阻约为：UI=14Ω，而电流表内阻约为20Ω，故电流表应采用外接法；故电路图如图所示；
(3)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1.38V，电流为0.13A，则灯泡的功率P=UI=1.38×0.13W=0.18W；(0.16～0.20范围内均给对)
故答案为：(1)A、D、E；(2)如图所示；(3)0.18(0.16～0.20范围内均给对)
3.【答案】(1)A2 ；R1；
(2)如图甲；A；
(3)如上图乙； 增大。
【解析】
【分析】
本题考查测绘小灯泡的特性曲线，关键是要知道测定小灯泡的伏安特性曲线实验要求电压与电流从零调起或要求电流电压调节范围大一些，因此，滑动变阻器应采用分压式接法，并且所用电阻应为小电阻。
(1)根据灯泡额定电流选择电流表；
(2)根据实验电路图连接实物电路图，开关闭合前滑动变阻器滑片应处于使电流表和电压表示数为零一端；
(3)描点作图，分析图示图象，根据图示图象判断灯丝电阻率随温度变化的关系。
【解答】
(1)由题可知，灯泡额定电流为0.5 A，则电流表选A 2；为方便实验操作，滑动变阻器应选R1；
(2)对照电路图，实物连接如图甲所示，闭合电键前，应将滑片移到最左端A端，使输出电压为零，保护电路元件；
(3)作出的I−U图象如图乙所示，图象的割线斜率是电阻的倒数，由此可知，小灯光的电阻随温度升高而增大。
4.【答案】(1)应该选图，补齐后如下图：
(2)小灯泡的额定功率为U1(U2−U1)R0;
(3)d。
【解析】
【分析】
(1)测绘小灯泡的伏安特性曲线，注意采用滑动变阻器分压式接法；
(2)根据欧姆定律和电功率公式求解；
(3)实验所能提供的电压范围是0∼4.5V，远小于白炽灯的额定电压，据此分析。
【解答】
(1)选择乙图便于观察总电压，测绘小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始调节，故采用滑动变阻器分压式接法，如下图：
(2)根据欧姆定律，通过灯泡的电流为I=U2−U1R，则小灯泡此时的功率为P=U1I=U1(U2−U1)R0;
(3)因为白炽灯的额定电压很大，而实验所能提供的电压范围是0∼4.5V，调节过程中，白炽灯几乎不发光，电阻很小并且保持不变，故最接近d图。
5.【答案】(1)B；D；F；
(2)；
(3)5.0；0.8
【解析】
【分析】
本题考查了描绘小电珠的伏安特性曲线；解决本题的关键掌握器材选取的原则，以及知道滑动变阻器分压式和限流式接法的区别，以及电流表内外接的区别。
(1)器材的选取需精确、安全，根据灯泡的额定电流选择合适的电流表，从测量误差的角度出发选择合适的滑动变阻器；
(2)由于灯泡的电压和电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，根据灯泡电阻的大小确定电流表的内外接法；
(3)在U−I图线上上电源的外电压和电流的关系图线，与伏安特性曲线的交点所对应的电流、电压为灯泡的实际电流和电压，根据P=UI求出灯泡的实际功率。
【解答】
(1)3V量程太小，15V量程太大，只有4V量程合适，电压表选B；小灯泡的额定电流略小于0.5A，电流表选D；
由于小灯泡电压从0开始取值，滑动变阻器只能选用分压式接法，则滑动变阻器选F更易调节；
(2)电路原理图如图所示：
；
(3)将电动势为E=3.0V、内阻为r=2.5Ω的电源的I−U图线画在小灯泡的I−U图像中，如图所示：
；
可以从坐标图上读出交点的坐标为(2.0V,0.4A)；
此时小灯泡的实际阻值为R=5.0Ω；
功率为P=2.0×0.4W=0.8W。
故答案为：(1)B；D；F；(2)如图所示：
；(3)5.0；0.8。
6.【答案】A2 R1 A 增大 0.42
【解析】解：(1)灯泡额定电流：I=P额U额=，电流表选择A2；由图甲所示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1。
(2)根据图甲所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示；滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于A端。
(3)根据坐标系内描出的点作出灯泡的I−U图象如图所示；
I−U图象割线斜率的倒数是灯泡电阻，随I增大U增大，灯泡实际功率增大，灯泡温度升高，
由图示图象可知，随I增大图象割线的斜率变小，斜率的倒数增大，即灯泡电阻增大。
(4)设灯泡两端电压为U，流过每个灯泡的电流为I，由图丁所示电路图可知：E=U+2IR，
代入数据整理得：I=−0.25U+0.5，
在灯泡I−U图象坐标系内作出I=−0.25U+0.5的图象如图所示；
由图示图象可知，灯泡工作电流I=0.33A，工作电压U=0.63V，
两个小灯泡的总功率P=2UI=2×0.63×0.33W≈0.42W。
故答案为：(1)A2；R1；(2)实物电路图如图所示；A；(3)图象如图所示；增大；(4)0.42。
(1)根据灯泡额定电流选择电流表，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的滑动变阻器。
(2)根据图示电路图连接实物电路图；滑动变阻器采用分压接法时，为保护电路闭合开关前滑片要置于分压电路分压为零的位置。
(3)根据坐标系内描出的点作出图象；跟紧图示图象分析判断灯泡电阻如何变化。
(4)根据图丁所示电路图求出流过灯泡的电流与灯泡两端电压的关系式，作出该关系式的图象，由图象求出灯泡的工作电压与工作电流，然后求出两灯泡的总功率。
本题考查了实验器材选择与实验数据处理，要掌握实验器材的选择原则；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。
7.【答案】(1)分压式；
(2)电路连接如图所示
(3)闭合开关前未将滑动变阻器的滑片位于有效阻值为零的一端，导致闭合开关瞬间，加在LED灯两端的电压超过其额定电压，灯因功率过大而烧毁；
(4) 。
【解析】
【分析】
该题主要考查描绘LED灯泡的伏安特性曲线实验相关知识。熟知实验原理、实验操作方法、实验注意事项是解决本题的关键。
【解答】
(1)实验需要等两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应采用分压式接法；
(2)电路图如答案所示；
(3)由灯闪亮一下立即熄灭可知灯可能被烧毁，可能的原因是闭合开关前未将滑动变阻器的滑片位于有效阻值为零的一端，导致闭合开关瞬间，加在LED灯两端的电压超过其额定电压，灯因功率过大而烧毁；
(4)由灯的伏安特性曲线可知，当灯两端电压U=0.80V时，通过灯的电流为I=12.0mA，故灯的功率P=UI=0.80×12.0×10−3W=9.6×10−3W。
8.【答案】(1)如图所示

(2)D
(3)0.64
【解析】
【分析】
本题考查了设计实验电路图、连接实物电路图、判断灯泡功率的变化规律、求电阻消耗的功率等问题，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法。
(1)根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法，然后作出实验电路图；
(2)根据图甲所示图象判断灯泡电阻随电压变化的关系，然后根据电功率公式分析答题；
(3)由图甲所示图象求出电流为0.4时，灯泡两端电压，然后根据图象求出灯泡两端电压，最后由闭合电路欧姆定律与电功率公式P=UI求出电阻消耗的功率。
【解答】(1)实验时，由题图甲可知电压、电流从零开始可调，所以滑动变阻器采用分压式接法，又由于灯泡的电阻与电流表阻值相差不大，与电压表内阻相差较大，所以电流表采用外接法，电路原理图、实物图如图所示。
(2)CD.小灯泡的电阻随温度升高而增大，由功率P=I2R，P−I2图像的斜率逐渐增大，故C错误，D正确；
AB.由P=U2R，P−U2图像的斜率逐渐减小，故AB错误。
故选D。
(3)把电源等效为电动势为6.0 V，内阻为r′=R+r=5Ω的电源，在图甲中画出等效电源的图像如图，由图像交点得电路中的电流为0.40A；
当电路中的电流I=0.40 A，由图像可得小灯泡两端的电压U=4 V，定值电阻R两端的电压U1=E−U−Ir=1.6 V，所消耗的电功率P=U1I=0.64 W。
电流I/A
0
0.08
0.16
0.24
0.32
0.40
0.48
电压U/V
0
0.63
1.22
1.68
1.97
2.23
2.44