高中物理微专题-实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线训练

这是一份高中物理微专题-实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线训练，共23页。试卷主要包含了实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，数据处理，注意事项，误差分析等内容，欢迎下载使用。
近三年真题考察分布
实验讲解
一、实验目的
1.描绘小电珠的伏安特性曲线。
2.分析伏安特性曲线的变化规律。
二、实验原理
1.测多组小电珠的U、I的值，并绘出I-U图象。
2.由I-U图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。
三、实验器材
小电珠“3.8 V，0.3 A”、电压表“0～3 V、0～15 V”、电流表“0～0.6 A、0～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。
四、实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按实验原理图连接好实验电路。
2.将滑动变阻器的滑片移到使小电珠分得电压为零的一端，接线经检查无误后，闭合开关S。
3.移动滑动变阻器滑片到不同位置，测出14组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S。
4.拆除电路，整理仪器。
五、数据处理
1.在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系。
2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）。
3.将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。
六、注意事项
1.电路的连接方式
（1）电流表应采用外接法：小电珠（3.8 V 0.3 A）的电阻很小，与量程为0～0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大。
（2）滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从0开始连续变化。
2.闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为0的一端，使开关闭合时小电珠的电压从0开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏小电珠。
3.I-U图线在U=1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U=1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差。
4.当小电珠两端的电压接近额定值时要缓慢移动滑动变阻器滑片，到额定值记录I后马上断开开关。
5.误差较大的点舍去，I-U图线应是平滑曲线而非折线。
七、误差分析
1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。
2.电流表、电压表的读数带来误差。
3.在坐标纸上描点、作图带来误差。
直击考点
考点一 内接法和外接法的选择
1．利用伏安法测电阻，可以选电流表内接法和电流表外接法两种方法。将电压表的读数U。待测电阻阻值。
（1）关于两种方法测得的电阻值产生的误差，下列说法正确的是( )
A.无论哪种方法，只要采用多次测量取平均值的方式，就能有效减小误差，使误差几乎为0
B.采用图甲电路，电压表的测量值大于两端的电压值，电流表的测量值等于流经的电流值
C.采用图乙电路，电压表的测量值等于两端的电压值，电流表的测量值大于流经的电流值
（2）利用电流表内接法，待测电阻阻值读数记为“”：利用电流表外接法，待测电阻阻值记为“”；该电阻阻值的真实值记为“”。请按照从大到小的顺序将这三个量依次排序为： > > 。
（3）有人提出以下建议：利用一恒压源（输出电压为恒定值的电源），分别采用电流表内接法和电流表外接法对电阻进行测量，在两次测量中选用电流表内接法的电流“”和电流表外接法的电压“”，作为测量数据，得到“”的值等于的准确值。请判断这个建议是否正确，并说明理由。( )
考点二 分压法和限流法的选择
2．某同学想测量“3 V 0.5 A”的小灯泡正常发光时的电阻，请回答下面几个问题：
（1）下列实验器材中应选择 ；（填入器材序号）
A.电流表（量程0~0.6 A， 内阻约1 Ω）
B.电流表（量程0~3 A，内阻约1 Ω）
C.电压表（量程0~15 V，内阻约10 kΩ）
D.电压表（0~3 V，内阻约2 kΩ）
E.滑动变阻器（阻值0~100 Ω）
F.滑动变阻器（阻值0~10 Ω）
G.电源E＝6 V
H.开关S，导线若干
（2）在本实验中要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用 （选填“分压”或“限流”）式接法，电流表应采用 （选填“内”或“外”）接法；
（3）在虚线框中画出实验电路图( )，并用实线代替导线，将图甲中的器材连接成可供实验的电路；( )
（4）小灯泡为额定电压时，电流表指针如图乙所示，则电流表的示数为 A，小灯泡此时电阻为 Ω。
3．现在要测量一只额定电压U＝3V的小灯泡L的额定功率P(约为0.3W)。实验室备有如下器材：
电流表A1(量程为200mA，内阻r1＝10Ω)
电流表A2(量程为300mA，内阻约为5Ω)
定值电阻R(10Ω)
滑动变阻器R1(0～100Ω，0.5A)
电源E(E＝5V，不计电源内阻)
单刀开关一个、导线若干
(1)请设计出实验电路，并画在如图所示的虚线框内，注意滑动变阻器要采用限流接法 。
(2)①按设计好的电路图连接好电路，开关S闭合前，滑片P应移至阻值最大位置；
②闭合开关S，移动滑片P，使电流表A1的示数I1＝150mA，同时记下此时电流表A2的示数I2；
③断开开关S，拆除电路，整理器材。
实验中计算灯泡额定功率的表达式为P＝ 。(用题中给定的符号以及(2)中涉及的记录符号来表示)
考点三 描绘小灯泡的伏安特性曲线
4．用如图（甲）所示的电路图研究额定电压为2.4V的灯泡L的伏安特性，并测出该灯泡在额定电压下工作时的电阻值．某同学准备了以下器材：
A. 干电池组E电动势3 V）
B. 滑动变阻器R（最大电阻5 Ω）
C. 电流表A1(量程0.6 A，内阻约0.5 Ω)
D. 电流表A2(量程3 A，内阻约0.1 Ω)
E. 电压表V1(量程3 V，内阻约)
F. 电压表V2(量程15 V，内阻约）
G. 开关一个，导线若干
(1)实验应选用的电流表是 ，电压表是 (填器材字母序号)；
(2)在闭合开关S前，滑动变阻器触头应该放在 端(选填“a”或“b”)；
(3)按电路图(甲)测出的灯泡电阻值比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)根据所得到的图象如图乙所示，灯泡在额定电压下工作时的电阻值 。
5．某实验小组通过实验研究一个标有“3V 0.8W”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差。已选用的器材除导线、开关外，还有：
A．电池组（电动势为4.5V，内阻约1）
B．电流表（量程为0~0.6A，内阻约为1）
C．电压表（量程为0~3V，内阻约为3k）
D．滑动变阻器（最大阻值20，额定电流1A）
(1)实验电路应选用图甲中的 （填字母代号）。
(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图乙所示，其中应该去掉的导线是 （选填相应的字母）。
(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最端 （选填“左”或“右”）。
(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图丙所示，由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻 （选填“增大”或“减小”），其发生变化的原因是 。
(5)如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为5的电源两端，电路接通后小灯泡两端的电压是 V。
考点四 电表的改装
6．如图所示，为某物理兴趣小组改装电流表的电路。已知毫安表表头内阻为，满偏电流为，和为定值电阻。若毫安表可改装成量程为和的电流表，则 ；由题给出的条件和数据，可以求出 ， 。
7．为将一只毫安表A（量程3mA，内阻约几十欧姆）改装成量程为1.5V的电压表，实验室提供了下列器材：电源E（电动势约6V，内阻不计）；滑动变阻器R1（0～50）；滑动变阻器R2（0～5k）；电阻箱R（0～999.9）；开关两个、导线若干。
某同学先按图示电路连接线路，测量表A的内阻。他的操作步骤如下：
a.将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合S1后调节变阻器的阻值，使表A的指针满偏；
b.闭合S2保持变阻器的阻值不变，调节电阻箱R的阻值，使表A的指针偏转到量程的位置；
c.记下R的阻值为30.0。
（1）上述实验中，滑动变阻器应选用 （选填“R1”或“R2”）；
（2）表A的内阻测量值RA= 。此测量值 （选填“大于”、“等于”或“小于）表A内阻的真实值。
（3）若取表A内阻的测量值RA进行计算，为达成改装的目的，可将表A与电阻箱R 选填“串联”或“并联”），且将电阻箱R的阻值调到 。
8．某同学把量程为500μA但内阻未知的微安表G改装成量程为2V的电压表，他先测量出微安表G的内阻，然后对电表进行改装，最后再利用一标准电压表，对改装后的电压表进行检测。
（1）该同学利用“半偏法”原理测量微安表G的内阻，实验中可供选择的器材如下：
A.滑动变阻器R1（0~5kΩ）
B.滑动变阻器R2（0~20kΩ）
C.电阻箱R'（0~9999.9Ω）
D.电源E1（电动势为1.5V）
E.电源E2（电动势为9V）
F.开关、导线若干
具体实验步骤如下：
a.按电路原理图甲连接好线路；
b.将滑动变阻器R的阻值调到最大，闭合开关S1后调节R的阻值，使微安表G的指针满偏；
c.闭合S2，保持R不变，调节R'的阻值，使微安表G的示数为250μA，此时R'的示数为1900.0Ω；
回答下列问题：
（1）①为减小实验误差，实验中电源应选用 （填E1或E2），滑动变阻器应选用 （填R1或R2）;
②由实验操作步骤可知微安表G内阻的测量值Rg= Ω，与微安表内阻的真实值相比 （选填“偏大”、“相等”或“偏小”）；
（2）若按照（1）中测算的Rg，将上述微安表G改装成量程为2V的电压表需要串联一个阻值为 Ω的电阻R0；
（3）用图乙所示电路对改装电压表进行校对，由于内阻测量造成的误差，当标准电压表示数为2V时，改装电压表中微安表G的示数为495μA，为了尽量消除改装后的电压表测量电压时带来的误差，R0的阻值应调至 Ω（结果保留1位小数）。
考点五 伏-伏法测电阻
9．为了测量“3.8V 2.5W”小灯泡正常发光的电阻值。实验室有下列器材，规格如下：
A.两只相同的电压表（量程5V，内阻很大）
B.电阻箱R1（0~999Ω，最小调节量为1Ω）
C.电阻箱R2（0~99.9Ω，最小调节量为0.1Ω）
D.滑动变阻器R3（0~500Ω，额定电流为0.1A）
E.滑动变阻器R4（0~10Ω，额定电流为3A）
F.直流电源（电动势9V，内阻不计）
G.开关一个、导线若干、待测灯泡
利用现有器材，请设计本实验：
（1）以上器材中电阻箱应选用 ，滑动变阻器应选用 （填序号字母）；
（2）在方框中画出同时使用两个电压表，并且滑动变阻器分压使用的实验原理图；( )
（3）根据你所设计的电路图，写出测量小灯泡正常发光时的电阻值的方法： 。
考点六 安-安法测电阻
10．某物理兴趣小组采用如图甲所示的电路测量电流表的内阻，实验供选择的仪器如下：
①待测电流表（0~5mA，内阻约300Ω）；
②电流表（0~10mA，内阻约100Ω）；
③定值电阻（阻值为300Ω）；
④定值电阻（阻值为10Ω）；
⑤滑动变阻器（0~1000Ω）；
⑥滑动变阻器（0~20Ω）；
⑦干电池（电动势为1.5V，内阻较小）；⑧开关S及导线若干。
实验步骤如下：
①按电路图连接电路，并将滑动触头移至最左端；
②闭合开关S，多次移动滑动触头P，记录相应的、，的读数、；
③以为纵坐标，为横坐标，做出图像如图乙所示。
请回答以下问题：
（1）定值电阻应选 ，滑动变阻器应选 。（在空格内填写序号）
（2）若求得图像的斜率为k，则待测电流表内阻的表达式 。（用题目中对应物理量的字母表示）
考点七 电桥法测电阻
11．小明想测量一个电压表的内阻（量程为6V，内阻约为1000Ω），但他手上只有一根带有滑动金属夹的均匀长直电阻丝、一个学生电源（电动势未知）、一个电阻箱、一个灵敏电流计（量程为1mA，内阻很小可忽略）、一个电键、导线若干、一把刻度尺。他首先想到的是用伏安法来设计电路，但发现电流计的量程太小，于是他以惠斯通电桥电路为原理，设计出如图所示的实验电路：
（1）请帮小明同学将实物图按电路图进行连接；( )
（2）实验时，先闭合开关S，调节电阻丝上金属夹位置，使电流计的示数为 ，用刻度尺测出此时电阻丝左右两端长度分别为L1、L2，并读出电阻箱的阻值为R0。试用所给字母表示电压表的内阻RV= （用所给物理量符号表示）；
（3）实验后，小明发现刻度尺的刻度并不准确，于是他在保持滑片位置不变的情况下，将电压表和电阻箱的位置交换了一下，并重新通过调电阻箱，使电流计的示数为 读出此时电阻箱的阻值为R1，请用小明所得数据得到电压表的内阻RV= （ 用所给物理量符号表示）。
考点八 等效法测量电阻
12．某同学为了测量电流表的内阻（量程为、内阻约为），设计出了如图所示的测量电路，实验中用到的器材有：电源（电动势为、内阻不计）、滑动变阻器、电阻箱、电阻箱、、电流表（与同规格）、开关和导线若干。
（1）闭合开关S之前，滑动变阻器的滑头应移到 （填“”或“”）端。
（2）若要求无论怎样移动变阻器的滑头，电流表的电流都没有超过其量程，则电路图中的电阻箱应选 （填或）。
（3）请完善以下的实验步骤。
a．闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表的指针在满偏附近，记录电流表的示数；
b．断开，保持闭合、不变，再闭合，调节，使电流表的示数再次为，读出此时电阻箱的阻值，则电流表内电阻 。（用题中所给物理量符号表示）
年份
试卷
分值
难度
2021
海南卷
10分
★☆☆
浙江卷
7分
★★☆
河北卷
6分
★★☆
全国甲卷
10分
★★★
2020
浙江卷
5分
★☆☆
新课标全国I
5分
★☆☆
新课标全国II
10
★★☆
新课标全国III
9分
★★☆
江苏卷
8分
★★☆
海南卷
10分
★★★
2019
海南卷
5分
★☆☆
新课标全国Ⅰ
5分
★☆☆
新课标全国II
10分
★★☆
U（V）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
I（A）
U（V）
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
3.8
I（A）
参考答案：
1． BC 不正确，电流表内接和外接，整个电路的电阻会发生变化，故不能得到的准确值
【详解】（1）[1] A．无论哪种方法，由于电压表的分流和电流表的分压都属于系统误差，多次测量取平均值的方式，并不能有效减小误差，使误差几乎为0，A错误；
B．采用图甲电路，由于电流表的分压，电压表的测量值实际为和电流表两端的电压，测量值大于两端的电压值，但电流表的测量值等于流经的电流值，B正确；
C．采用图乙电路，电压表的测量值等于两端的电压值，电流表的测量值为和电压表两条支路的总电路，故其测量值大于流经的电流值，C正确。
故选BC。
（2）[2][3][4]利用电流表内接，电压表两侧的电压是上的电压与电流表上的电压的和，故电流表内接电阻测量值为
利用电流表外接，电流表测的电流是上的电流与电压表上的电流之和，故电流表外接电阻测量值为
可得
（3）[5]不正确，因为当电流表内接和外接时，整个电路的总电阻会发生变化，不是同一个电路，这样不能得到的准确值。
2． ADFGH 分压 外 0.48 6.25
【详解】（1）[1]灯泡额定电流为0.5 A，电流表选择A；灯泡额定电压为3 V，电压表选择D；为方便实验操作滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH；
（2）[2]本实验要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；
[3]由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；
（3）[4]滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示:
[5]根据电路图连接实物，实物连接图如图乙所示
（4）[6]电流表最小分度为0.02A，则电流表读数为0.48 A
[7]小灯泡此时电阻为
3． ； 。
【详解】(1)[1]所给器材中没有电压表，可把电流表A1与定值电阻R串联改装成一个新的电压表，其量程为
小灯泡的额定电压为3V，比较合适，画的电路图如下所示：
(2)[2]电流表A1的示数I1＝150mA，可以求得灯泡两端电压为
恰为额定电压，故灯泡额定功率的表达式为
P＝。
4． C E a 偏小 4.8
【详解】(1)[1][2]．小灯泡的额定电流不超过0.6A，可知电流表选择C即可；小灯泡的额定电压为2.4V，则电压表选择E即可；
(2)[3]．闭合开关前，应将滑动触头置于输出电压最小的a端，以保护电流表；
(3)[4]．根据欧姆定律，电阻测量值为
若考虑电压表内阻影响，待测电阻的真实值为
比较可知
R测＜R真
所以测出的灯泡电阻值比真实值偏小；
[5]．根据I-U图象读出U=2.4V时，对应的电流为：I=0.5A，所以在额定电压下灯泡的电阻为
5． D c 左 增大 随着电压升高，灯丝电阻的温度升高，电阻增大 0.72（0.68～0.76均可）
【详解】(1)[1]由图可知，本实验应从零开始测量，故滑动变阻器应采用分压接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择D电路；
(2)[2]由图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线c去掉；
(3)[3]由图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端；
(4)[4]I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高电阻增大；原因是灯丝电阻随温度的升高电阻率增大；
(5)[4]在灯泡伏安特性曲线里作出电源的伏安特性曲线，如图所示，由图可知，小灯泡两端的电压约为0.72V；
6． 接a时量程为15mA，接b时量程为4mA 16 44
【详解】[1]毫安表改装成电流表时，并联的电阻越小，改装成的电流表量程越大，若毫安表可改装成量程为和的电流表，则接a时量程为15mA，接b时量程为4mA。
[2][3]根据串并联规律有

解得
，
7． 30.0或30 小于 串联 470.0或470
【详解】(1)[1]豪安表A的量程3mA，则电路中的最大电流为3mA，电路的最小电阻为
故滑动变阻器应选用；
(2)[2]实验中用半偏法测电表的内阻，所以R的阻值即为电表的测量值，则表A的内阻测量值
[3]由于闭合S2，电阻箱R并入电路，电路的总电阻变小，干路电流变大，而流过毫安表的电流为满偏的一半，所以流过电阻箱R的电流大于满偏的一半，根据并联电路的特点，可知电阻箱R的阻值小于毫安表的内阻，即测量值小于表A内阻的真实值；
(3)[4] [5]应把毫安表与电阻箱串联，改装成电压表，量程为1.5V，则有
则将电阻箱R的阻值调到
8． E2 R2 1900.0或1900 偏小 2100.0或2100 2059.6
【详解】（1）①[1][2]本实验误差来自于闭合S2电阻箱R′并入电路后，干路电流会发生变化，为使干路电流变化较小，应使干路中滑动变阻器进入电路的阻值尽量大，为使电流表能够满偏，相应的电源电动势应较大。故电源选择电动势约为9V的电源E2，毫安表G的满偏电流为500μA，则干路中滑动变阻器进入电路的最小阻值约大于，故滑动变阻器应选用最大阻值为20kΩ的R2。
②[3]由实验操作步骤可知通过微安表的电流等于通过电阻箱的电流，可知两部分电阻相等，即微安表G内阻的测量值Rg=1900.0Ω；
[4]因于闭合S2电阻箱R′并入电路后，电路的总电阻变小，干路电流会变大，即干路电流大于Ig，而流过微安表G的电流为Ig，则流过电阻箱R′的电流大于Ig，即流过电阻箱R′的电流实际上大于流过微安表G的电流，根据并联电路的特点，可知微安表G内阻真实值大于电阻箱R′的阻值，可知测量值偏小。
（2）[5]若按照（1）中测算的Rg，将上述微安表G改装成量程为2V的电压表需要串联的电阻R0为

的电阻；
（3）[6]当微安表G的示数为495μA时
若是调整为准确，则需将微安表读数变为500μA，则
即将改装后的电压表内阻减小40.4Ω，即将R0的阻值变为2100-40.4=2059.6Ω
9． C E 调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8V，读出电阻箱的阻值R即为小灯泡正常发光时的电阻，R2=R
【详解】（1）（2）[1][2][3]本实验采用的是等效替代法，电路图如图所示。
由于小灯泡的电阻
故选电阻箱R2，即为C；为方便调节，选择与灯泡阻值相近的滑动变阻器R4，即为E。
（3）[4]电阻箱与灯泡串联电流相等，故分压相等时，阻值相等，故方法为：调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8V，读出电阻箱的阻值即为小灯泡正常发光时的电阻，R2=R（其他方法合理也正确）。
10． ③ ⑥ (k-1)R1
【详解】（1）[1] G1与定值电阻并联，电流与电阻成反比；如果定值电阻选择10Ω，则电流表G1满偏时定则电阻的电流为150mA，故G2超过量程，故定值电阻选择阻值300Ω的R1，即选择③；
[2]采用分压式接法，故滑动变阻器选择较小的电阻，即选择⑥；
（2）[3]由电路图根据串并联规律应有

解得
根据函数斜率的概念应有
解得
r1=(k-1)R1
11． 0 0
【详解】（1）[1]根据电路图将实物电路连接时，要注意电源即电表的正负极，不能接反。
（2）[2][3]当灵敏电流计示数为0时，滑动变阻器左右两部分电流相等，即左右两部分分压比等于电压表与电阻箱的分压比：，根据电阻定律可知
故
（3）[4][5]因刻度尺的刻度并不准确，故L1、L2不能用，开始时有
互换位置后并重新通过调电阻箱，使电流计的示数为0，有
故
12．
【详解】（1）[1]闭合开关之前，为使保护电表，应使流过电表的电流从最小开始，所以滑动变阻器的滑头应移到端；
（2）[2]由闭合电路的欧姆定律得
带入数据解得
所以电路图中的电阻箱应选；
（3）[3]根据等效替代法的原理可知，电流表内电阻。