(能力提高练) 第三节 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线-2023年高考物理一轮系统复习学思用

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【能力提高练】   第三节 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线1．(2022•辽南协作体高三(下)二模)某实验小组做“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验。除开关、导线以外，实验室还有以下器材可供选择：A．待测小灯泡L(3V，1.8W)B．电流表(量程0.3A，内阻约1Ω)C．电流表(量程1.0A，内阻约0.5Ω)D．电压表V(量程3V，内阻约5kΩ)E．滑动变阻器(最大阻值5Ω，额定电流2.0A)F．滑动变阻器(最大阻值100Ω，额定电流1.0A)G．电池组E(电动势为4.5V，内阻不计)(1)为了尽可能减小实验误差，且要求能够在0~3V的范围内对小灯泡的电压进行测量，电流表选___________，滑动变阻器选___________(填写实验器材前的字母代号)；(2)根据所选的器材，请在图甲中完成电路图___________；(3)某同学根据实验数据描绘的小灯泡伏安特性曲线如图乙所示，将两个规格相同的该灯泡并联后接到电动势为3.0V、内阻为2.5Ω的另一电源E0上，如图丙所示。则每个小灯泡的实际功率为_______W。(结果保留2位有效数字)【解析】  (1)[1]小灯泡的规格是3V，1.8W，由求得，电流表选电流表(量程1.0A，内阻约0.5Ω)．[2]为描绘小灯泡伏安特性曲线，需电压从零开始连续变化，需选择滑动变阻器的分压接法，滑动变阻器的规格是滑动变阻器(最大阻值5Ω，额定电流2.0A)．(2)[3]根据实验目的，由于电压表内阻远大于小灯泡电阻，选用电流表外接法，滑动变阻器选择分压接法，画出电路图如图(3)[4]设小灯泡的电压为U，电流为I，则有，变形代入数据得在小灯泡伏安特性曲线图乙中作图如图交点的横纵坐标的乘积表示小灯泡此时功率，考虑误差功率范围【答案】  ①C    ②E    ③    ④2．(2022•湖南师范大学附属中学二模)表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：U/V00.20.51.01.52.02.53.0I/A00.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_________(填“甲”或“乙”)；(2)在图中的方格纸内画出小灯泡的曲线；________(3)有人推论：如果灯泡两端的电压增大到3.5V，那么灯泡中通过的电流一定小于0.251A，你认为他的推论是否正确，_______为什么？_______。(4)如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A。【解析】  (1)[1]由表格数据，灯泡电压要从0开始变化，应选择分压式电路，故选甲；(2)[2]小灯泡的曲线如图所示(3)[3][4]正确，因为从图线可知，电压越高，灯丝电阻越大，因此3.5 V时的电阻肯定比3.0 V时大，假设此两电压下的电阻相等，则，解得，所以3.5V电压对应的实际电流I<0.2508 A，因此灯泡中通过的电流一定小于0.251 A。(4)[5]流过电阻R的电流是通过灯泡b的两倍，则流过灯泡a的电流是b的三倍；同时灯泡a和b的电压之和为3 V，则(0.070 A，0.30 V)(0.210 A，2.70 V)两点刚好符合要求，故流过a灯的电流约为0.210 A。【答案】  ①甲    ②    ③正确    ④见解析    ⑤0.2103．(2022•湖南省长沙市第一中学高三第九次月考)学校开放实验室，同学们为了描绘小灯泡L的伏安特性曲线，并想同时较准确地测量其在额定电流下的功率，可供选用的器材如下：小灯泡L(规格“额定电流为1.0A，额定功率约为6.5W”)；电流表A1(量程3A，内阻约为0.1Ω)；电流表A2(量程0.5A，内阻r2＝8Ω)；电压表V(量程3V，内阻rv＝2.0kΩ)；标准电阻R1(阻值6.0kΩ)；标准电阻R2(阻值8Ω)；学生电源E(电动势约为10V，内阻不计)；开关S及导线若干。(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：A．阻值0到10Ω，额定电流1.0A                B．阻值0到20Ω，额定电流2.0A本实验应选的滑动变阻器是______(选填“A”或“B”)。(2)老师要求要尽量准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，电压需从零开始调节，在安全前提下尽可能减小误差且调节方便，在虚线框内画出满足要求的实验电路图，并在图上标明所选器材代号。______(3)某次实验时，若电流表满偏时，电压表的读数如图所示，则电压表的读数为______，灯泡额定功率为______W。(计算结果保留两位小数)【解析】  (1)[1]滑动变阻器应采用分压接法，由于灯泡额定电流为1.0A，而干路电流一定大于灯泡中的电流，所以为了滑动变阻器的安全。故选B。(2)[2]描绘小灯泡L的伏安特性曲线，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电流为1A，电流表A1量程太大，所以选择电流表A2，其量程为0.5A，需将A2与并联，改装后电流表的量程为，内阻为4Ω；电压表与串联，改装后电压表量程为，电路图如图所示。(3)[3]电压表读数为2.60V。[4]此时电阻的电压为7.80V，所以此时灯泡的电阻，额定功率【答案】  ①B    ②见解析    ③2.60    ④6.404．(2022•重庆市育才中学高三(下)入学考试)某小组研究电源和小灯泡两端的电压随电流的变化规律，实验电路如图甲。①按规范连接好实验电路；②闭合电键S，移动滑动变阻器滑片P到某位置，读出电流表A和电压表V1、V2的示数，并记录数据；③改变滑动变阻器滑片P的位置，重复步骤②多次测量；④根据数据描绘U﹣I图像，获得图线A、B，如图乙；⑤完成实验，整理实验器材。(1)在步骤②中，移动滑动变阻器滑片P使其阻值变小的过程中，电流表A的示数将________(选填“逐渐变小”“不变”“逐渐变大”)；电压表V1的示数________(选填“逐渐变小”“不变”“逐渐变大”)。(2)从图乙中可得，电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(3)如图甲，当滑片P移到滑动变阻器的最左端时，小灯泡的实际功率为________W，此时电源的效率为________。(4)下列选项中，使滑动变阻器和小灯泡的功率最为相近的电流表A示数为________。A．0.5A　　B．1.0A　　C．1.5A　　D．2.0A【解析】  (1)[1][2] 当滑片向左滑动时，滑动变阻器连入电路的阻值减小，所以电路中的电流增大，电流表A示数增大。而内阻上的电压也将增大，而路端电压，将减小，故电压表V1的示数减小(2)[3][4] 由图示电源U-I图线可知，图线与纵轴交点坐标为4.5V，则电源电动势，电源内阻(3)[5] 滑动变阻器滑动片P移到滑动变阻器的最左端时滑动变阻器接入电路的阻值为零，两电压表示数相等，由图示图象可知，灯泡电压为2.5V，电流为2.0A，灯泡实际功率[6]此时电源的效率(4)[7] 滑动变阻器两端电压根据图示图线求出滑动变阻器两端电压，在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示，与小灯泡的U-I图象相交，交点坐标为(1.5A，1.5V)，所以此时电流表的示数为1.5A左右，故选C。【答案】  ①逐渐变大    ②逐渐变小    ③4.5    ④1.0    ⑤4.8#4.9#5.0    ⑥56%(53.3%﹣55.6%均正确)    ⑦C5．(2022•陕西省西安中学第二次模拟考试)某同学用如图1所示的电路测量未知电阻的阻值．已知电源电动势约为，内阻约为，电压表满偏电压为，定值电阻，电阻箱R最大阻值为。(1)将接1，闭合开关前，该同学首先将电阻箱的阻值调到最大，这样操作是____________(选填“正确”或“错误”)的；(2)多次改变电阻箱R的阻值，得到对应电压表的示数U如下表，请根据实验数据在图2中作出关系图像________：电阻1.02.04.06.08.010.0电压0.751.282.002.452.763.00(3)断开，将接2，再闭合，电压表示数为，利用(2)中测绘的图像可得____________，考虑到电压表为非理想电表，则测量值__________真实值(“大于”、“小于”、“等于”)；(4)为了更方便地测量多种未知电阻，图1虚线框中电路可作为欧姆表使用，电压表表盘改动后正确的是____________。A．  B．  C．  D．【解析】  (1)[1]当电阻箱电阻调到最大时，闭合电键S1时，电压表两端电压为，超过了电压表的量程，则该操作错误；(2)[2]做出U-R图像如图；(3)[3][4]电压表示数为，利用(2)中测绘的图像可得，该方法为等效替代法，则电压表内阻对Rx的测量无影响，则测量值等于真实值；(4)[5]设虚线内电路两端接电阻为R′，则两端电压，则R′与U是非线性关系，则将电压表刻度改为电阻刻度时，刻度分布不均匀，结合U-R图像可知，当电阻较大时，当电阻变化相等时，电压变化越小，即电阻的刻度为右密左疏；当电压表满偏时，即，解得R′=10Ω，故选C。【答案】    ①错误    ②    ③2.8(2.7-2.9都给分)    ④等于    ⑤C6．(2022•长春外国语学校高三(下)期初考试)某学习小组测绘一个标有4V，2.4W的小电风扇(线圈电阻恒定)的伏安特性曲线，电风扇两端的电压需要从零逐渐增加到4V，并便于操作，实验室备有下列器材：A.电池组(电动势为4V，内阻约为1Ω)B.被测小电风扇，电路符号－M－C.电压表V1(量程为0～6V，内阻约为4kΩ)D.电压表V2(量程为0～15V，内阻约为8kΩ)E.电流表A1(量程为0～0.6A，内阻约为0.2kΩ)F.电流表A2(量程为0～3A，内阻约为0.05kΩ)G.滑动变阻器R1(最大阻值为5Ω，额定电流为3A)H.滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω，额定电流为3A)I.开关和导线若干(1)实验中所用的电压表应选______(填C或D)，电流表应选______(填E或F)，滑动变阻器应选______(填G或H)。(2)在图甲所示方框内画出实验电路图______；        (3)当电压表的示数大于0.5V时小电风扇才开始转动，小电风扇的伏安特性曲线如图乙所示，图中OA段是直线，AB段是曲线，A点的坐标值为(0.2A，0.5V)，B点坐标值为(0.6A，4.0V)，则小电风扇的电阻为______Ω，正常工作时的机械功率为______W。【解析】  (1)[1]电风扇的额定电压，所以电压表选取C，故填C；[2]电风扇的额定电流，从读数误差的角度考虑，电流表应该选E，故填E；[3]因题目要求电风扇的电压需要从零逐渐增加到，所以本实验应当选择分压电路，且滑动变阻器的阻值应选用较小的G，故填G；(2) [4] 要求电风扇的电压需要从零逐渐增加到，所以本实验应当选择分压电路，电风扇的电阻远小于，，更远小于电压表内阻，电流表采用外接法，电路如下(3) [5]电风扇不转动时，相当于纯电阻，所以电风扇的电阻为[6]电风扇正常工作时的机械功率为【答案】  ①C；    ②E；    ③G；    ④；    ⑤2.5；    ⑥1.57．(2022•哈尔滨市第六中学高三(上)期末)某研究性学习小组的同学欲做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验.已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，实验使用的直流电源的电动势为3.0V内阻忽略不计，实验可供选择的器材规格如下a、电流表A1(量程0～0.6A，内阻约5Ω)b、电流表A2(量程0～3A，内阻约0.1Ω)c、电压表V1(量程0～3V，内阻约3kΩ)d、电压表V2(量程0～15V，内阻约2000Ω)e、滑动变阻器R1(阻值0～10，额定电流1A)f、滑动变阻器R2(阻值0～5000，额定电流500mA)请回答下列问题：(1)为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择_______，电压表应选择_________、滑动变阻器应选择_________(填写实验器材前的序号)(2)根据所选的实验器材，请设计合理的电路原理图来完成该实验________(3)该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小电珠两端的电压U和通过该小电珠的电流，由欧姆定律计算得到的小电珠的电阻值_______(选填“大于”“等于＂或“小于＂)真实值(4)该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据，并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图，如图所示，该图线向下弯曲，其原因是______.(5)如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，并接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率应为________W(结果保留两位小数)【解析】  (1)[1][2][3]由于灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表应选：c，额定电流为：，所以电流表选：a，本实验灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式即用总阻值较小的，即为e；(2) [4]本实验灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式，灯泡的电阻较小，所以电流表应外接，电路图如图所示：(3)[5]由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流过灯泡的电流更大，由公式可知，电阻的测量值小于真实值；(4)[6]I-U图象的割线斜率表示电阻的倒数，由图可知，电阻随电压的增大而增大，其原因是灯泡的电阻随温度的增大而增大；(5)[7]将定值电阻与电源等效为内阻为2.0，电动势为3.0V的电源，由闭合电路欧姆定律得：，变形得：，I-U关系图象作入I-U图中由图可知，U=1.28V，I=0.43A，所以灯泡的实际功率为： ．【答案】  ①a    ②c    ③e    ④    ⑤小于    ⑥小电珠的电阻随温度的升高而增大    ⑦0.57(0.50—0.60)8．(2022•哈尔滨师范大学附属中学高三(上)期中)(1)写出下列测量仪器所测得的数据___________mm ； ___________mm(2)为了描绘一个“12 V　6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，现提供以下器材进行实验：直流电源E：电动势为15 V，内阻不计；电流表A：量程分别为0～0.6 A和0～3 A，内阻分别约为0.5 Ω和0.1 Ω；电压表V：量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；定值电阻R0：阻值为12 kΩ；滑动变阻器R：最大阻值为20 Ω，允许通过的最大电流为1 A；开关一个，导线若干。①由于电压表的量程偏小，要用所给电压表V和定值电阻R0改装成一个较大量程的电压表V′，改装后的电压表量程为___________ V。②在方框里画出符合本实验要求的电路图。(      )③根据测得的电压表V的示数和电流表A的示数，描出I­U曲线如图甲所示。某次测量时，电流表指针位置如图乙所示，则电流表读数为_______ A，此时小灯泡的电阻为_______ Ω。【解析】  (1)[1]螺旋测微器的读数为：固定刻度的读数+可动刻度的读数0.01mm=5.5mm+4.50.01mm=5.545mm。[2]游标卡尺的读数为：主尺的读数+游标尺的读数精度值=31mm+60.05=31.30mm。(2)①[3]改装后的电压表量程为 ②[4]为了描绘一个“12 V　6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，要求电压从0开始调节，所以控制电路采用分压式控制电路，但是电压表的量程太小所以利用改装后的电压表来代替，并且由于待测电阻的阻值较小，根据大内小外的规律，测量电路采用伏安法外接法，所以为该实验小组设计电路图为分压式外法接，电路图如图所示③[5]由于电流表的最小刻度为0.02A，所以电流表的读数为0.40A。[6]根据图像可知电流为0.40A时，电压为1.5V，则此时小灯泡的电阻为【答案】  ①5.545    ②31.30    ③15    ④    ⑤0.40    ⑥18.759．(2022•黑龙江省哈六中五模)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3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．  (1)实验要求能够实现在0～3.8V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________(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(选填“增大”“不变”或“减小”)．【解析】  (1)因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；因灯泡内阻与电流表内阻接近，故应采用电流表外接法；另外为了扩大电压表量程，应用R0和电压表串联，故原理图如图所示；(2)I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，图象的斜率随电压的增大而减小，故说明电阻随电流的增大而增大；其原因是灯丝的电阻率随着电流的增大而增大；【答案】  ①(1)     ②(2)增大；    ③增大；10．(2022•广东省执信中学高三(下)月考)某同学为研究灯泡电阻的特点，他用多用表通过测量，了解家用白炽灯泡在室温下的电阻有多大，并通过实验，研究小灯泡电阻与所加电压的变化关系。 (1)他用多用表测量家用灯泡电阻时，先用大拇指和食指紧捏红黑表笔进行欧姆调零(如图)，然后手握两表笔连接被测灯泡的灯丝两端，测量灯丝阻值(如图b)，关于这两次操作是否会影响测量结果，下列说法正确的是____；A.只有图a的操作不会影响测量结果B.只有图b的操作不会影响测量结果C.两图的操作均不会影响测量结果D.两图的操作都会影响到测量结果(2)他使用如下器材通过实验描绘某个小灯泡的伏安曲线：直流电源，电压表V，电流表A，滑动变阻器，开关，导线若干。请在图中把还需要连接的导线用笔画出来_____；(3)实验测出了小灯泡的伏安特性曲线如图所示，由灯泡的伏安特性曲线可知，灯泡电压为2.0V电阻阻值与电压为1.0V的电阻值的比值约为_____(计算结果保留2位有效数字)(4)若在图连接另外两根导线之前，用导线将电压表正接线柱与电流表正接线柱相连，闭合开关，灯泡不发光，电压表有示数，则该电路的故障可能是______。A．开关接触不良                          B.小灯泡接触不良C.电流表接触不良                        D.滑动变阻器接触不良【解析】  (1)[1]由于欧姆调零时，两表笔直接相连，电路相当于短路，人的电阻几乎无影响，图的操作不会影响测量结果。测量灯丝阻值时，人体与灯丝并联，电表所测阻值是它们并联后的电阻，测量值偏小。故选A；(2)[2]灯泡的阻值较小，远小于电压表内阻，故采用电流表外接法。为使小灯泡两端的电压从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法。如下：(3)[3]根据欧姆定律(4)[4]AD．开关接触不良或滑动变阻器接触不良时，电压表不会有示数，故AD错误；BC．小灯泡接触不良或电流表接触不良时，小灯泡不会亮，且电压表与电源串联，有示数，故BC正确。故选BC。【答案】  ①A    ②见解析    ③1.4    ④BC##CA11．(2022•北京一零一中学高三(下)入学考试)某同学用图甲所示的电路测绘额定电压为3.0V的小灯泡伏安特性图线，并研究小灯泡实际功率及灯丝温度等问题。(1)根据电路图，将图乙中的实验仪器连成完整的实验电路。_______(2)连好电路后，开关闭合前，图甲中滑动变阻器R的滑片应置于_______(填“a端”、“b端”或“ab正中间”)。(3)闭合开关，向b端调节滑动变阻器R的滑片，发现“电流表的示数为零，电压表的示数逐渐增大”，则分析电路的可能故障为_______。A．小灯泡短路       B．小灯泡断路      C．电流表断路         D．滑动变阻器断路(4)已知小灯泡灯丝在27℃时电阻是，并且小灯泡灯丝电阻值与灯丝温度的关系为R=k(273＋t)，k为比例常数。根据I-U图线，估算小灯泡正常工作时灯丝的温度约为_______℃。【解析】  (1) 根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示(2)[2] 由电路图可知，闭合开关前，滑片应置于a端，此时分压电路分压最小。(3)[3] ACD．若灯泡短路、电流表和滑动变阻器断路，则电压表的读数均为零，故ACD错误；B．如果灯泡断路，则电压表与电流表组成分压电路，向b端调节滑动变阻器R的滑片，发现“电流表的示数为零，电压表的示数逐渐增大，故电路故障是灯泡断路，故B正确。故选B。(4)[4] 小灯泡灯丝在27℃时电阻是，根据得，由图象可知，灯泡额定电压3V对应的电流为0.48A，当灯泡正常工作时电阻，则【答案】   ①    ②a端    ③B    ④977℃