高考实验专题描绘小灯泡伏安特性曲线解析版

高考实验专题描绘小灯泡伏安特性曲线解析版

描绘小灯泡伏安特性曲线—解析版 ‎1.（2017全国理综I） 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3k）;电流表A（量程0.5A,内阻0.5）;固定电阻（阻值1000）；滑动变阻器R（阻值0~9.0）；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0~3V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）实验测得小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。‎ ‎（1）由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率______（填“增大”“不变”或“减小”）。‎ ‎（2）用另一电源（电动势4V，内阻1.00）和题给器材连接成图（b）所示的电路。调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_____W，最大功率为_______W.（结果均保留两位小数）‎ ‎【参考答案】（1）电路如图（2）增大 增大（3）0.39W， 1.17W 当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，在图（a）中画出电源（电动势4V，内阻1.00）的伏安特性曲线，如图中曲线II所示，与小灯泡伏安特性曲线的交点即为电路工作点，该点纵横坐标值的乘积等于小灯泡的最大功率，最大功率为Pmax=UI=3.62×0.318=1.17W。‎ ‎2．（2017广西五市考前联考）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，需测量一个标有“3V，1.5W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：‎ 直流电源（电动势3.0V，内阻不计） ‎ 电流表（量程3A，内阻约0.1Ω） 电流表（量程600mA，内阻约5Ω） ‎ 电压表（量程3V，内阻约3kΩ） 电压表（量程15V，内阻约200kΩ）‎ 滑动变阻器（阻值0~10Ω，额定电流1A） 滑动变阻器（阻值0~1kΩ，额定电流300mA）‎ ‎（1）在该实验中，电流表应选择_________（填“”或“”），电压表应选择________（填“”或“”），滑动变阻器应选择________（填“”或“”）‎ ‎（2）某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路，若用该电路测得灯泡的工作电压U和电流I，根据计算此时灯泡的，则灯泡电阻的测量值________真实值（填“大于”、“等于”或“小于”）。‎ ‎（3）该同学连接电路后检查所有元件都完好，电流表和电压表已调零，经检查各部分接触良好，但闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表和电流表示数不能调零，则断路的导线为_______________（填导线代号）‎ ‎（4）图乙是在实验中根据测出的数据，在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线，若将两个该种灯泡和一个6.0Ω的定值电阻一起串联与题中的电源组成闭合回路，请估算每个小灯泡的实际功率P=_____W（保留两位有效数字）。‎ ‎【参考答案】（1）A2；V1；R1（2）小于（3）h（4）0.19W ‎3．（2017昆明三模）二极管的说明书上提供了它的伏安特性曲线（正向最大电流40mA左右），物理兴趣小组想要验证该二极管的伏安特性曲线。‎ ‎（1）选择好实验器材准备连接电路时，发现二极管外壳正负极的标识不清楚，于是就用多用电表欧姆档判断二极管的正负极，用欧姆表“×1k”档两次实验情况如图甲，乙所示，由此可知____（填“A”或“B”）端为二极管的正极；‎ ‎（2）该物理兴趣小组要对二极管加正向电压时的伏安特性曲线进行验证，实验室提供的器材有：‎ A直流电源E：电动势3V，内阻忽略不计； B待测二极管D；‎ C滑动变阻器R：0~20Ω D电压表V：量程3V，内阻约20kΩ；‎ E电流表A：量程50mA，内阻约5Ω； F单刀双掷开关S，导线若干；‎ 请在虚线框内的实验电路图中加上直流电源E及滑动变阻器R，并将电路图连接完整。‎ ‎【参考答案】（1）B（2）实验电路图如图所示 ‎4．(2016·河北邯郸一模)(9分)某同学通过实验研究小灯泡的电压与电流的关系，除小灯泡外，可用的器材如下：‎ A．电源(电动势3 V，内阻为1.5 Ω) B．电压表(0～3 V，内阻约为10 kΩ)‎ C．电流表(0～0.6 A，内阻约为5 Ω) D．滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流0.4 A)‎ E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.0 A) F．电键S，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图象如图甲所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而________(填“增大”、“减小”或“不变”)；实验时应选用的滑动变阻器为________。(填器材前的字母序号)‎ ‎(2)根据图甲，将图乙实验电路中缺少的导线补全(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，任意滑动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是________W。(本问中电压表和电流表均视为理想电表，结果保留2位有效数字)‎ ‎【参考答案】(1)增大　E　(2)如解析图所示　(3)0.56　(0.54～0.58都对)‎ ‎【名师解析】(1)由图象可知，图象的斜率表示电阻，根据欧姆定律R＝知，小灯泡的电阻随电压增大而增大；由图可知，测量电流的最大值约为0.5 A，故滑动变阻器只能选择E; ‎ ‎(2)根据原理可得出对应的实物图，如图所示； ‎ ‎5.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和电源串联成如图丙所示的电路。电源电动势为6.0 V，内阻为1.0 Ω。若电路中的电流为0.40 A，则定值电阻R所消耗的电功率为________ W。‎ ‎【参考答案】(1)见解析图　(2)D　(3)0.64‎ ‎(3)当电路中的电流I＝0.40 A，由图象可得小灯泡两端的电压U＝4 V，定值电阻R两端的电压UR＝E－U－Ir＝1.6 V，所消耗的电功率P＝URI＝0.64 W。‎ ‎6．要测绘一个标有“3 V　0.6 W”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3 V，并便于操作。已选用的器材有：‎ 电池组(电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)； 电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；‎ 电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)； 电键一个、导线若干。‎ ‎(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)。‎ A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A) B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)‎ ‎(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)。‎ ‎(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V，内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________ W。‎ ‎ ‎ ‎【参考答案】(1)A　(2)B　(3)0.1‎ ‎7．物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为 0.75 W，额定电压值已模糊不清。他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压 U＝＝1.22 V。他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的UI图线，进而分析小灯泡的额定电压。‎ A．电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ) B．电流表(量程150 mA，内阻约2 Ω)‎ C．电流表(量程500 mA，内阻约0.6 Ω) D．滑动变阻器R1(0～20 Ω)‎ E．滑动变阻器R2(0～100 Ω) F．电源 E(电动势4.0 V，内阻不计)‎ G．开关S和导线若干 H．待测灯泡L(额定功率0.75 W，额定电压未知)‎ ‎(1)在下面的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________(填“”或“”)；滑动变阻器选择________(填“R1”或“R2”)。‎ ‎(2)在实验过程中，一同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在表格中。‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.20‎ ‎0.60‎ ‎1.00‎ ‎1.40‎ ‎1.80‎ ‎2.20‎ ‎2.70‎ I/mA ‎80‎ ‎155‎ ‎195‎ ‎227‎ ‎255‎ ‎279‎ ‎310‎ 请你根据表中实验数据在如图所示坐标系中作出灯泡的UI图线。‎ ‎(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为______ V；这一结果大于1.22 V，其原因是_______________________________________________________________________。‎ ‎【参考答案】(1)见解析图甲　　R1　(2)见解析图乙 (3)2.5(2.4～2.6均可)　小灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或小灯泡的电阻随温度的升高而变大)‎ ‎【名师解析】(1)根据P＝I2R，估算出灯泡的电流大约是600 mA，因此电流表应选；本实验要描绘出灯泡的U I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应采用分压式接法，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻较小，电流表应外接。原理图如图甲所示。‎ ‎(2)如图乙所示。‎ ‎(3)由P＝UI＝0.75 W，再结合图象可知U额＝2.5 V；小灯泡的额定电压大于1.23 V的原因是小灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻。‎ ‎8．为了测量一个标有“12 V　5 W”的小灯泡在不同电压下的功率，给定了以下器材：‎ 电源：12 V，电阻不计； 电流表：0～0.6 A，0～3 A，内阻可忽略；‎ 电压表：0～3 V，0～15 V，内阻很大； 滑动变阻器：阻值范围0～20 Ω，允许通过的最大电流为1 A；‎ 开关一个，导线若干。‎ 实验时要求加在小灯泡两端的电压可从零调到12 V。‎ ‎(1)将图甲中的实物图连接完整。‎ ‎(2)某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，通过小灯泡的电流大小为0.40 A，则此时加在它两端的电压为________ V，此时小灯泡的实际功率为________ W。‎ ‎【参考答案】(1)见解析图　(2)6　2.4‎ ‎9．由金属丝制成的电阻阻值会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，亲自动手通过实验描绘这样一个电阻器的伏安特性曲线。可供选择的实验器材有：‎ A．待测电阻器Rx(2.5 V，1.2 W)‎ B．电流表(0～0.6 A，内阻为1 Ω)‎ C．电压表(0～3 V，内阻未知)‎ D．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1 A)‎ E．电源(E＝3 V，内阻r＝1 Ω)‎ F．定值电阻R0(阻值5 Ω)‎ G．开关一个和导线若干 ‎(1)实验时，该同学采用电流表内接法，并且电阻器两端电压从零开始变化，请在虚线框内画出实验电路图。‎ ‎(2)按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：‎ I/A ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ ‎0.30‎ ‎0.35‎ ‎0.40‎ ‎0.45‎ ‎0.48‎ U/V ‎0.25‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.90‎ ‎1.25‎ ‎1.85‎ ‎2.50‎ ‎3.00‎ UR/V 其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，UR是电阻器两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格，然后在坐标图中画出电阻器的伏安特性曲线。‎ ‎(3)该同学将本实验中的电阻器Rx以及给定的定值电阻R0二者串联起来，接在本实验提供的电源两端，则电阻器的实际功率是________ W。(结果保留2位小数)‎ ‎【参考答案】(1)见解析图甲　(2)见解析图乙　(3)0.32‎ ‎【名师解析】(1)要使电阻器两端电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法。电路如图甲所示。‎ ‎(2)电压表的示数减去电流表的分压即为电阻器两端的电压 UR＝U－Ir，数据如下表。电阻器的伏安特性曲线如图乙所示。‎ UR/V ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.35‎ ‎0.60‎ ‎0.90‎ ‎1.45‎ ‎2.05‎ ‎2.52‎ ‎(3)由UR＋I(r＋R0)＝E作出UI图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器UI图线的交点可得此时电阻器的电压UR＝0.9 V，电流I＝0.35 A，电阻器的实际功率为P＝UI≈0.32 W。‎ ‎10．. 有一个小灯泡标有“6V、1.5W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的U－I图线，除导线和开关外，有下列器材可供选用：‎ A．直流电源9V(内阻约1Ω) B．直流电流表A1（3A，内阻约0.1Ω)‎ C．直流电流表A2（300mA ，内阻约5Ω) D．电压表V1（5V，内阻约10kΩ)‎ E．电压表V2（10V，内阻约20kΩ) F．滑动变阻器R1（10Ω，2A）‎ G．滑动变阻器R2（1kΩ，0.5A.）‎ ‎(1)实验中应选的器材是 ．(用序号字母表示)‎ ‎(2)为使实验误差尽可能减小，画出实验电路图．‎ ‎(3)按电路图将右下图中所示器材连接实物图．‎ ‎(4)由实验得到小灯泡的伏安特性曲线如左下图所示，将该小灯泡与另一电源组成闭合电路，该电源两极的电压随电路中电流的变化关系图线如图所示，则小灯泡与电源连接后的实际功率为 W ‎(5)小灯泡的U-I图象不是直线的原因是 。‎ 答案8.(1) ACEF ‎ ‎（2）R1‎ V2‎ A2‎ （3）‎ ‎（4）0.63 （5）灯丝的电阻随温度的升高而增大