2024年高考物理电学实验专题逐个击破专题04 描绘伏安特性曲线

展开

这是一份2024年高考物理电学实验专题逐个击破专题04 描绘伏安特性曲线，文件包含2024年高考物理电学实验专题逐个击破专题04描绘伏安特性曲线原卷版docx、专题04描绘伏安特性曲线解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共41页，欢迎下载使用。

（二）小灯泡的功率的最值问题
（三）描绘伏安特性曲线的基础题型
（四）电表改装的运用
（1）电流表与定值电阻串联改装电压表
（2）电压表与定值电阻串联扩大电压量程
（3）电流表与定值电阻并联扩大电流量程
（五）关于灯泡是否要消除误差
（六）非纯电阻的伏安特性曲线------发光二极管、电动机
：（1）解题流程图
找到小灯泡的规格
计算出小灯泡的额定电压、额定电流、电阻
选择电压表
选择电流表
电压表、电流表的量程必须大于或等于额定电流、同时两表也必须偏转到量程的一半
判断内外接
选择较小的滑动变阻器并采用分压式
RX2RX2>RARV，应选用内接电路
使用分压式电路一定要对滑动变阻器的额定电流进行安全验证
阅读题干、观察仪器：判断是否存在电表改装的可能
不用消除误差，依然通过RX2与RARV的大小判断内外接，大多数教材与参考书都默认为外接
若涉及到电表改装
：（2）两个实验的区别
My name is伏安法测电阻
电压表和电流表的选择
偏转不到1/2的我一定不要
内外接的判断
电表内阻不是确定值的情况
采用大内大小外小判断怎样可以减小误差
电流表内阻是确定值的情况
采用内接法消除误差
涉及到电表改装的时候
一定从消除误差的角度思考内外接
滑动变阻器的选择和电路模式的判断
一般选择电阻较小的滑动变阻器
再根据其电阻与待测电阻的关系判断分压还是限流式
若判断为分压式也需要对额定电流安全验证，一旦不安全选择组织较大的滑动变阻器继续判断
若判断为限流式也需要对电压表进行安全验证，特别是电压表的量程小于电源一半的时候，若不安全考虑其他模式。
小灯泡也可以测电阻，额定功率
姓名：伏安特性曲线
电压表和电流表的选择
没有额定值大的坚决不行
同时偏转不到1/2的也一定不要
内外接的判断
电表内阻不是确定值的情况
采用大内大小外小判断怎样可以减小误差
电流表内阻是确定值的情况
依然采用大内大小外小判断内外接
部分参考书默认为：外接
涉及到电表改装的时候
还是采用大内大小外小判断内外接
部分参考书默认为：外接
滑动变阻器的选择和电路模式的判断
一般选择电阻较小的滑动变阻器
只能够使用分压式
需要对额定电流进行安全验证，一旦不安全需要选择较大的滑动变阻器继续使用分压式。（如果还是不安全就只能使用限流式，一般不会出现这样情况）
有些特殊电阻也有伏安特性曲线
（一）灯泡实际功率的求解方法
1．在图（a）所示的电路中，，并且及的电阻值不随温度变化，灯泡L的伏安特性曲线如图（b）所示，电源电动势，内阻不计，则
（1）当开关S断开时，灯泡L两端电压为________V，灯泡的实际功率为________W；
（2）当开关S闭合时，灯泡L两端电压为________V，灯泡的实际功率为________W．
【答案】40 24 25 12.5
【详解】
（1）[1][2]．当开关S断开时，设灯泡L的实际电压和实际电流分别为U和I．在这个闭合电路中，有E=U+IR1
代入数据并整理得
U=100-100I
这是一个直线方程，把该直线在题I-U图线画出，如图所示：
这两条曲线的交点为U=40V、I=0.6A，所以灯泡L消耗的功率
P=UI=40×0.6=24W
（2）[3][4]．在题图中的混联电路中，设灯泡L的实际电压和实际电流分别为U′和I′．在这个闭合电路中，有
代入数据并整理得
U′=50-50I′
这是一个直线方程，把该直线在题图上画出，如图所示
这两条曲线的交点为U′=25V、I′=0.5A，所以灯泡L消耗的功率
P′=U′I′=25×0.5=12.5W
2．如图甲所示为一个小灯泡的两端电压与通过它的电流的变化关系曲线。
（1）若把三个相同这样的灯泡串联后，接到电压恒定的12V电源上，由图甲可知流过小灯泡的电流为______________A，小灯泡的电阻为___________。
（2）如图乙所示，将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与10的定值电阻串联，接在电压恒定的8V的电源上，则电流表的示数为_________A，小灯泡的电阻为__________。
【答案】0.4 10 0.6 6.7
【详解】
（1）[1][2]把三个相同这样的灯泡串联后，每只灯泡的实际电压为4V，再在图甲上可查到每只灯泡加上4V实际电压时的工作电流为0.4A，则此时每只灯泡的实际电阻
（2）[3][4]在图乙中的混联电路中，设每只灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I，在这个闭合电路中，有
代入数据整理得
这是一个直线方程，把该直线在图甲上画出，如图所示
这两条线的交点为
同时满足了电路结构和元件的要求，此时通过电表的电流值
每只灯泡的实际功率
每只灯泡的电阻为
（二）小灯泡的功率的最值问题
3．如图1所示，电源E=12V，内阻，灯泡L的额定电压为9V，其伏安特性曲线如图2所示，滑动变阻器R的最大阻值为。则灯泡L消耗电功率的最小值是？
【答案】2W
【详解】
滑动变阻器R取最大阻值9Ω时，灯泡L消耗电功率最小，将电源和阻值9Ω看作一个电动势12V，内阻10Ω的等效电源，则其提供电压电流满足U=12﹣10I，坐标（2,1）满足，是该表达式图象与灯泡L伏安特性曲线的交点，即滑动变阻器R取最大阻值9Ω时，灯泡电压2V，电流1A，电功率2W。
4．某同学通过实验研究小灯泡的电压与电流的关系，可用的器材如下：电源（电动势3V，内阻1Ω）、电键、滑动变阻器（最大阻值20Ω）、电压表、电流表、小灯泡、导线若干。
（1）实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U-I图像如图a所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而_______________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）根据图a，在图b中把缺少的导线补全，连接成实验的电路__________（其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压）
（3）若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，合上电键，任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得最小功率是_________W。
【答案】增大 0.32
【详解】
(1)[1]根据欧姆定律，有
可知B比值越来越大，所以小灯泡的电阻越来越大，即随电压增大而增大。
(2)[2]小灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表选用外接法，又因为电流和电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法。实物连接如图。
(3)[3] 若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，则当滑动变阻器触头在中间时阻值最大，此时小灯泡功率最小，把滑动变阻器与电源内阻看成等效电源内阻，有
在小灯泡的U-I图像中画出表示电源的图像，如图，读出两图线的交点坐标为
则，小灯泡的最小功率为
（三）描绘伏安特性曲线的基础题型
5．要描绘一个标有“3V，0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。可供使用的实验器材有：
A．电池组（电动势4.5V，内阻约1Ω）；
B．电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；
C．电流表（0～3A，内阻约0.01Ω）
D．电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；
E．电压表（0～15V，内阻约50 kΩ）
F．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）
G．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）
开关一个，导线若干。
（1）电压表应选___________，电流表应选___________，滑动变阻器应选___________。（填序号）
（2）实验的电路图应选用下列的图___________。
A． B． C． D．
（3）根据你所选择的电路图分析，在闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片移到最______（填“左”或“右”）端。
【答案】D B F B 左
【详解】
（1）[1][2][3]电压表应选量程为0～3V 的D；灯泡的额定电流为
则电流表应选B，滑动变阻器要接成分压电路，则应选阻值较小的F；
（2）[4]小灯泡的电阻
则
RV>>RL
则采用电流表外接；滑动变阻器用分压电路，则选B；
（3）[5]根据你所选择的电路图分析，在闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑片移到最左端。
6．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
小灯泡L，“3.8 V，0.3 A”
电压表V，量程0~5 V，内阻5 kΩ
电流表A1，量程0~100 mA，内阻4 Ω
电流表A2，量程0~500 mA，内阻0.4 Ω
滑动变阻器R1，最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A
滑动变阻器R2，最大阻值5 Ω，额定电流0.5 A
直流电源E，电动势约为6 V，内阻约为0.5 Ω
(1)在上述器材中，滑动变阻器应选___；电流表应选___。
(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号____。
(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如图所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是（图中P为小灯泡的功率）（______）
A． B． C． D．
【答案】R1 A2 BD
【详解】
(1)[1]电阻的额定电流为0.5A，加在它上面的最大电压为6V，所以仪器不能正常使用，滑动变阻器应选R1
[2] 根据小灯泡的额定电流值0.3A，电流表A1的量程偏小，可以确定电流表应选A2
(2)[3]由于灯泡的电阻很小，为了减小实验的误差，电流表要采用外接的方法；由于电压要从零开始变化，所以滑动变阻器要采用分压的接法；根据灯泡的伏安特性曲线，找出灯泡和内电阻的总电压为4V的点，可知此时的灯泡的电压和电流，从而可以求得灯泡的功率。电路如图所示
(3)[4]从图像可以看出灯泡电阻是在变化的，因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，根据这一点对各个选项逐一分析。根据公式
知道，图A表示，灯泡的电阻大小不变；不合题意；图B表示灯泡的电阻随温度的升高而增加符合题意；根据公式
可知，图C表示，灯泡的电阻大小不变；不合题意；图D表示灯泡的电阻随温度的升高而变大；符合题意。
故选BD。
（四）电表改装的运用
（1）电流表与定值电阻串联改装电压表
7．某同学在实验室发现一废旧电阻元件，其上标注“2.5 V 1.2 W”的字样，为描绘出该元件的U－I图线，该同学在实验室找到了下列实验器材：
A．直流电源（电动势E＝3 V，内阻不计）
B．电流表（量程0～3 mA，内阻为1 Ω）
C．电流表（量程0～0.6 A，内阻约为1Ω）
D．滑动变阻器（阻值范围0～5Ω，允许通过的最大电流为0.6 A）
E．滑动变阻器（阻值范围0～50Ω，允许通过的最大电流为0.6 A）
F．定值电阻（阻值为999Ω）
G．定值电阻（阻值为99Ω）
H．开关、导线若干
（1）电流表应选________；由于没有电压表，应将电流表________和定值电阻________串联后作为电压表使用；滑动变阻器应选________．（填写器材前的字母标号）
（2）如图甲所示为该同学连接的部分电路，请你帮助他完成剩余部分的连线．________
（3）该同学通过实验得到该元件的U－I图线如图乙所示，由图线可知，该元件的阻值随温度的升高而________（选填“增大”“不变”或“减小”），若将该元件直接接到电动势为1.5 V、内阻为2 Ω的电源上，该元件消耗的功率为________．
【答案】C B F D 增大 0.28 W
【详解】
（1）[1][2][3][4]根据
实验中电流表选用量程为0～0.6 A的C，需将另一电流表B和定值电阻串联改装为量程为3 V的电压表，串联电阻值
即需要F，描绘该元件的U－I图线时，电压应从零开始测量，故应采用分压电路，为了便于操作，滑动变阻器选择D
（2）[5]实物连线中，由于待测元件阻值较小，电流表分压作用明显，故电流表应采用外接法
（3）[6]从题图乙中图线判断，电流增大，元件的阻值增大
[7]直接接在电源上时，对电源有
作出此时该电源的U－I图线，如图所示
两图线的交点即为元件的实际电流与电压，故该元件消耗的功率
（2）电压表与定值电阻串联扩大电压量程
8．某物理兴趣小组要描绘一个标有“4V、2.0W”的小灯泡L的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，且尽量减小实验误差。可供选用的器材除导线、开关外，还有以下器材：
A．直流电源4.5V（内阻很小可不计）
B．直流电流表0～500mA（内阻约为5Ω）
C．直流电压表0～3V（内阻等于6kΩ）
D．滑动变阻器甲，0～10Ω，额定电流2A
E．滑动变阻器乙，0～100Ω，额定电流1A
F．三个定值电阻（R1=1kΩ，R2=2kΩ，R3=5kΩ）
（1）在给定的器材中，滑动变阻器选用___________（选填“甲”或“乙”），定值电阻选用___________（选填“R1”、“R2”或“R3”）；
（2）小组同学设计好实验电路图后，如图A已经连好了部分导线，请用笔代替导线将实物图补充完整；（_______）
（3）实验测得小灯泡伏安特性曲线如图B所示，若将两个完全相同规格的小灯泡L按如图C所示电路连接，电源电动势E=6V，内阻r=12Ω，此时每个小灯泡消耗的电功率为___________W（结果保留两位有效数字）。
【答案】甲 0.34（0.32~0.35）
【详解】
（1）[1]本要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，所以滑动变阻器采用分压式接法，为了便于控制分压，滑动变阻器选择最大阻值较小的甲。
[2]器材中提供的直流电压表量程只有3V，而小灯泡L的额定电压为4V，所以需要给电压表串联一个电阻从而扩大量程，设定值电阻的阻值为R，则根据串联分压规律有
解得
R=2kΩ
所以定值电阻选用R2。
（2）[3]小灯泡正常发光时的电阻为
改装后电压表的内阻为
所以
电流表应采用外接法，电路图见答案。
（3）[4]设每个灯泡两端电压为U，通过灯泡的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有
代入数据并整理得
将上述表达式所代表的的I-U图线作在题图B中，如图所示
可得
U=1.05V
I=0.32A
此时每个小灯泡消耗的电功率为
9．有一只标值为“4.5V，2.7W”的小灯泡，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在不同电压下的功率。有下列器材供选用：
A．电压表（0~15V，内阻为）
B．电压表（0~3V，内阻为）
C．电流表（0~0.3A，内阻约1Ω）
D．电流表（0~0.6A，内阻约0.4Ω）
E．电阻箱（0~9999Ω）
F．滑动变阻器（0~5Ω）
G．滑动变阻器（0~500Ω）
H．电源E（电动势4.5V，内阻不计），开关S，导线
（1）实验中电压表应选用______，电流表应选用______，滑动变阻器应选用__________。（用序号字母表示）
（2）请在图甲虚线框内画出满足实验要求的电路图________，并把图乙中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图______。
（3）该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线，如图丙，则小灯泡的额定功率为________W（保留两位有效数字）。
【答案】B D F 见解析见解析 2.5
【详解】
（1）[1][2][3]利用伏安特性测定电压时需从0开始测起，故滑动变阻器应采用分压式接法，小灯泡电阻较小，为了测量准确及方便读数，滑动变阻器应选阻值小的；灯泡的额定电压为4.5V，所以选择0~3V量程的电压表串接电阻箱，改装为4.5V的电压表，又因为
则电流表量程选择0~0.6A量程。故电压表应选用B，电流表应选用D，滑动变阻器应选用F。
（2）[4][5]滑动变阻器采用分压式接法，电流表采取外接法，电路图及连线如图所示
（3）[6]根据伏安特性曲线，可得
取两位有效数字得
（3）电流表与定值电阻并联扩大电流量程
10．某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，已知小灯泡标称值为“2.5 V 1.25 W”，实验室中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
电压表V1（量程为3 V，内阻为3 kΩ）
电流表A1（量程为100 mA，内阻为10 Ω）
电流表A2（量程为3 A，内阻为0.1 Ω）
滑动变阻器R1（0～10 Ω，额定电流为2 A）
滑动变阻器R2（0～1 kΩ，额定电流为0.5 A）
定值电阻R3（阻值为2.5 Ω）
定值电阻R4（阻值为10 Ω）
定值电阻R5（阻值为1 kΩ）
电源E（E=3 V，内阻不计）
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。
（1）实验中滑动变阻器应选用___________，电流表应选用___________。（均填器材的符号）
（2）在图1中的虚线框内画出电路图。（图中标出选用的器材的符号）（_______）
（3）实验中得到的该灯泡的伏安特性曲线如图2所示，如果将小灯泡与另一个电动势为2 V，内阻为4 Ω的电源直接相连，则小灯泡的实际功率为___________W。（保留两位有效数字）
【答案】R1 A1 0.22-0.26
【详解】
（1）[1][2]实验中滑动变阻器要接成分压电路，则应选用阻值较小的R1；灯泡的额定电流为

电流表A2量程过大，则电流表应选用A1与定值电阻R3（阻值为2.5 Ω）并联，可相当于改装为量程为0.5A的电流表；
（2）[3]描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表采用外接法，实验电路图如图所示
（3）[4]在灯泡I﹣U坐标系内作出电源的I﹣U图线如图所示：
由图示图线可知
U＝0.9V
I＝0.28A
灯泡实际功率为
P＝UI＝0.9×0.28≈0.25W
11．小鲁同学想要描绘标有“”字样小灯泡L的伏安特性曲线，现有的电源、的滑动变阻器、开关、导线，可供选择的仪器还有：
A．电压表（量程，内阻等于）
B．电压表（量程，内阻等于）
C．电流表（量程，内阻等于）
D．电流表（量程，内阻等于）
E.定值电阻（阻值等于）
F.定值电阻（阻值等于）
G.定值电阻（阻值等于）
（1）要求测量数据尽量精确，绘制曲线尽量完整，还需选择的仪器有___________________
（2）请在图的方框中将电路图补充完整。（______）
（3）小鲁同学绘制的小灯泡的伏安特性曲线如图乙，其中明显的不妥是___________________
【答案】ACFG 电压测量范围未达额定电压，小灯泡未正常发光
【详解】
（１）[1]考虑测量电路：由于小灯泡的规格为“”可知电表、量程太大而不能选用，电表、则需要改造才能获得完整的伏安特性曲线。与并联可得量程为0~0.4A的电流表，与串联可得量程为0~4V的电压表，故需要选用ACFG。
（2）[2]因小灯泡电阻值较小，测量电路应采用电流表外接的方式，由绘制曲线尽量完整可知测量电压与电流应从零开始变化，故连接方式为分压式接法，电路图如下图所示
（3）[3]在图像中只有2V以前的图像，灯泡电压测量范围未达额定电压，小灯泡未正常发光，故不合理。
（五）关于灯泡是否要消除误差
12．某实验小组设计了如图甲所示的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3 V，内阻RV约10 kΩ，电流表量程为0.5 A，内阻RA＝4.0 Ω，R为电阻箱．
（1）该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验．闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下的电压表示数U1、电流表示数I和电阻箱的阻值R，在I－U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示．为了完成该实验，应将导线c端接在________（选填“a”或“b”）点；
（2）利用（1）中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为________；（用U1、I、R和RA表示）
（3）实验小组利用（2）中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I－U坐标系中，如图乙中直线所示，根据图象分析可知，电源的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω；
（4）实验中，当电阻箱的阻值调到8.5 Ω时，热敏电阻消耗的电功率P＝________W．（保留两位有效数字）
【答案】a U1＋I（R＋RA） 6.0 5.0（4.8～5.2均可） 0.46（0.44～0.48均可）
【详解】
（1）[1]利用伏安法测电阻，由题图乙中曲线可知热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以电流表外接法，故导线c应接在a点
（2）[2]路端电压U2等于外电路各部分上的电压之和，则根据串、并联电路规律可知外电压
（3）[3][4]直线与U轴的交点为电动势，直线的斜率绝对值的倒数为内阻的大小；由题图乙中直线可知电源的电动势为6.0 V，内电阻为
（4）[5]等效电源内阻
在题图乙中作等效电源的I－U图像，如图所示
与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标为（2.1，0.22），所以热敏电阻的电功率
13．某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：
小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）
电压表（量程300mV，内阻300）
电流表（量程300mA，内阻0.27）
定值电阻R0
滑动变阻器R1（阻值0-20）
电阻箱R2（最大阻值9999.9）
电源E（电动势6V，内阻不计）
开关S、导线若干。
完成下列填空：
（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；
（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；
（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：
（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；
（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则=_______（保留至整数）。
【答案】10 a 0.7 2700 增大 0.074 10
【详解】
（1）[1]因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压
则有
则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；
（2）[2]为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；
（3）[3]由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为
（4）[4]由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有
解得
（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大；
（6）[6]根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mA，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46V，则此时小灯泡电功率
P1=0.46V×0.16A≈0.074W
[7]同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率
P2=2.5V×0.3A=0.75W
故有
（六）非纯电阻的伏安特性曲线------发光二极管、电动机
14．某同学在做完“描绘小灯泡的伏安特性曲线”后，又对一个标有“6 V 3.5 W”小电风扇电动机（线圈电阻恒定）的伏安特性曲线进行了研究，同研究小灯泡一样，要求电风扇电动机两端的电压能从零逐渐增加到6 V，实验室备有下列器材：
A．电流表（量程I：0~0.6A，内阻约为；量程Ⅱ：0~3 A，内阻约为）
B．电压表（量程为0~15V，内阻几千欧）
C．滑动变阻器（最大阻值，额定电流2 A）
D．滑动变阻器（最大阻值，额定电流0.3 A）
E．电池组（电动势为9 V，内阻小于）
F．开关和导线若干
(1)实验中所用的滑动变阻器应选___________（填“C”或“D”），电流表的量程应选___________（填“I”或“II”）；
(2)请用笔画线代替导线将实物图甲连接成符合这个实验要求的电路；（__________）
(3)闭合开关前，为防止电动机输入电压过高而损坏，滑动变阻器滑片P应滑到______（填“M”或“N”）端；
(4)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，改变加在电动机两端的电压，实验中发现当电压表示数大于l V时电风扇才开始转动，电动机的伏安特性曲线如图乙所示，则电动机线圈的电阻为___________Ω，电动机正常工作时的机械功率为_________W。（结果保留两位有效数字）
【答案】C I M 2.5 2.6
【详解】
(1)[1][2]电风扇的额定电流
从读数误差的角度考虑，电流表选择I。电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择最大阻值为的误差较小，即选择C。
(2)[3]因为电动机两端的电压需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法。实物图如图所示。
(3)[4]闭合开关前，为防止电动机输入电压过高而损坏，滑动变阻器滑片P应滑到M端。
(4)[5]由题意可知，电压表读数小于或等于1 V时电风扇没启动，由题图可知当
时
根据欧姆定律得，电动机线圈的电阻为
[6]电动机正常工作时电压
由题图知电流约为
则电风扇发热功率
则电动机的机械功率
15．发光二极管(LED)是一种被广泛应用到显示器、照明等各领域的非纯电阻元器件，它把电能转化为光能和热能．某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4 V”、最大正向直流电流是“5～20 mA”的LED管的I－U曲线，并依此实验计算发光二极管效率达最大时其电阻和辐射的光功率，设计了如图甲所示的实验电路．
甲乙丙
实验室备有以下器材
电流表A1：量程0～25 mA，内阻约为50 Ω；
电流表A2：量程0～200 mA，内阻约为10 Ω；
电压表V：量程0～5 V，内阻约为102 kΩ；
滑动变阻器R1：阻值范围0～15 Ω，最大电流1 A；
滑动变阻器R2：阻值范围0～1 kΩ，最大电流100 mA；
直流电源E：输出电压6 V，内阻不计；
开关S、导线若干．
(1)为了提高实验结果的准确性，电流表应选择____；滑动变阻器应选用_____．(以上填器材代号)
(2)实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图乙所示的I－U图象，而发光二极管(LED)的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图丙所示．其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率P与供给发光二极管的电功率的比值．则发光二极管效率达最大时其电阻RL＝______Ω，辐射的光功率P＝____W.
【答案】(1). A1 ； (2). R1 ； (3). 106.7； (4). 5.76×10－3；
【详解】
(1)由于发光二极管中电流为5～20 mA，为了提高实验结果的准确性，电流表应该选择量程为0～25 mA的A1.由于实验电路采用滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应该选择阻值范围小的R1.
(2)根据题图丙，发光二极管效率达到最大时对应的电流为6 mA，根据题图乙电流为6 mA对应的电压为1.6 V，发光二极管输入功率P＝UI＝9.6×10－3 W，由，解得．由于发光二极管是非纯电阻元件，故不能用求解二极管的电阻，发光二极管效率最大时，由，解得
故本题答案是：. (1). A1 (2). R1 (3). 106.7 (4). 5.76×10－3
U/mV
24.0
46.0
76.0
110.0
128.0
152.0
184.0
216.0
250.0
I/mA
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
240.0
260.0
280.0
300.0

2024年高考物理电学实验专题逐个击破专题04 描绘伏安特性曲线

更专业

更丰富

更便捷

真低价

欢迎来到教习网