专题61 描绘小灯泡伏安特性曲线实验—七年高考（2011-2017）物理试题分项精析版

专题61 描绘小灯泡伏安特性曲线实验—七年高考（2011-2017）物理试题分项精析版

‎1．【2016·天津卷】某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整，可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：‎ 电压表V1（量程0~3 V，内阻等于3 kΩ）‎ 电压表V2（量程0~15 V，内阻等于15 kΩ）‎ 电流表A1（量程0~200 mA，内阻等于10 Ω）‎ 电流表A2（量程0~3 A，内阻等于0.1 Ω）‎ 滑动变阻器R1（0~10 Ω，额定电流2 A）‎ 滑动变阻器R2（0~1 kΩ，额定电流0.5 A）‎ 定值电阻R3（阻值等于1 Ω）‎ 定值电阻R4（阻值等于10 Ω）‎ 定值电阻R5（阻值等于1 kΩ）‎ 电源E（E=6 V，内阻不计）‎ ‎（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。‎ ‎（2）该同学描绘出的I–U图象应是下图中的______。‎ ‎【答案】（1）电路如图 （2）B ‎【解析】（1）用电压表V1和R5串联，可改装成量程为的电压表；用电流表A1与R4并联可改装为量程为的电流表；待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接 法；为使曲线完整，滑动变阻器应采用分压接法，故选择总阻值小的R1，电路如图。‎ ‎（2）小灯泡灯丝的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的I–U图线应该是B。‎ ‎【考点定位】探究小灯泡的伏安特性曲线实验、电表改装、器材选取、电路设计 ‎【名师点睛】此题考查了探究小灯泡的伏安特性曲线的实验；此题的难点在于题中所给的电表量程都不适合，所以不管是电流表还是电压表都需要改装，所以要知道电表的改装方法；改装成电压表要串联分压电阻；改装成电流表要并联分流电阻；其他部分基本和课本实验一样。‎ ‎2．【2011·福建卷】某同学在探究规格为“6V，3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：‎ ‎（1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至 D挡进行测量．（填选项前的字母）‎ A．直流电压10V B．直流电流5mA C．欧姆× 100 D．欧姆× 1‎ ‎（2）该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器（阻值范围0~20，额定电流1.0A），L为待测小电珠，为电压表（量程6V，内阻20kΩ），为电流表（量程0.6A，内阻1），E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关。‎ Ⅰ．在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；（填“左”或“右”）‎ Ⅱ．在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是______点至________点的导线没有连接好；（图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线）‎ Ⅲ．该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而____________。（填“不变”、“增大”或“减小”）‎ ‎【答案】①D ②Ⅰ.左 Ⅱ 1 5 Ⅲ. 增大 ‎【考点定位】测定小电珠伏安特性曲线 ‎3．【2011·广东卷】在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。‎ ‎（1）粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻挡（请填写“×1”、“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图16，结果为_____ Ω。‎ ‎ ‎ ‎（2）实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图17完成实物图18中的连线。‎ ‎（3）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于____端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动。‎ ‎（4）下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点___ __间多测几组数据（请填写“ab” “bc” “cd” “de”或“ef”）‎ 数据点 a b c d e F U/V ‎0.00‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ I/A ‎0.000‎ ‎0.122‎ ‎0.156‎ ‎0.185‎ ‎0.216‎ ‎0.244‎ ‎【答案】（1）×1 7.5 （2）如图所示 （3）P置左端电珠两端电压最小 （4）ab之间电流值相差太大 ‎【考点定位】“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验 ‎4．【2012·安徽卷】图为“测绘小灯伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V。‎ ‎（1）完成下列实验步骤：‎ ‎①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片， ‎ ‎②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片， ；‎ ‎③断开开关，…… 。根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。‎ ‎（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。‎ ‎【答案】（1）①使它靠近变阻器左端的接线柱 ②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压 （2）如图所示 ‎（2）如图所示：‎ ‎【考点定位】此题考查的是“测绘小灯伏安特性曲线”实验 ‎5．【2012·四川卷】某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：‎ 小灯泡L，规格“4.0V，0.7A”；‎ 电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；‎ 电流表A2，量程0.6A，内阻r2 = 0.2Ω；‎ 电压表V，量程3V，内阻rV = 9kΩ；‎ 标准电阻R1，阻值1Ω；‎ 标准电阻R2，阻值3kΩ；‎ 滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；‎ 学生电源E，电动势6V，内阻不计；‎ 开关S及导线若干。‎ ‎（1）甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.64A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为　　　Ω。‎ ‎（2）乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是　　　V。‎ ‎（3）学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。‎ ‎【答案】（1）5 （2）4 （3）如下图所示 ‎【考点定位】本题考查探究小灯泡的伏安特性曲线的实验及其相关知识 ‎6．【2013·天津卷】要测绘一个标有“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。已选用的器材有：‎ 电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；‎ 电流表（量程为0250mA，内阻约5Ω）；‎ 电压表（量程为03V，内阻约3kΩ）；‎ 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20Ω，额定电流1A）‎ B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）‎ ‎（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1.5V，内阻为5Ω 的电源两端，小灯泡消耗的功率是 W。‎ ‎【答案】 （1）A （2）B （3）0.1‎ ‎【考点定位】电学实验仪器的选择、电路设计、伏安特性曲线等知识点。‎ ‎7．【2015·浙江·22】图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。‎ ‎（1）根据图1画出实验电路图.‎ ‎（2）调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的①②③④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V。所示读数为：①__________②__________③__________④__________。两组数据得到的电阻分别为__________和__________。‎ ‎【答案】（1）如图 ‎（2）①0.10A、②0.24A、③2.0V、④0.27V。和，如填为和也行 ‎【解析】（1）从实物图中可知电压表测量灯泡两端电压，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，故电路图如图所示 ‎【考点定位】“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验 ‎8．【2015·广东·34⑵】某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）、定值电阻等。‎ ‎（1）使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图（a）所示，读数为 Ω。据此应选择图中的 （填“b”或“c”）电路进行实验。‎ ‎（2）连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐 （填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。‎ ‎ ‎ ‎（3）图（d）是根据实验数据作出的U-I图线，由图可判断元件 （填“X”或“Y”）是非线性元件。‎ ‎（4）该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势E和电阻r，如图（e）所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V，利用图16（d）可算得E＝ V，r＝ Ω（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表）。‎ ‎【答案】（1）10，b；（2）增大；（3）Y；（4）3.2，0.50‎ ‎（4）由图（d）可知，当线性元件X两端电压为3.00V时，对应流经它的电流为0.30A，电压为1.00V时，对应流经它的电流为0.10A，所以元件X的电阻为Rx＝10Ω，根据闭合电路欧姆定律E＝I（＋r）可知，当闭合S1和S2时，R被短路，E＝0.30A×（RX＋r），断开S2后，R与元件X串联接在电源两端，E＝0.10A×（RX＋R＋r），解得：E＝3.15V＝3.2V，r＝0.50Ω。‎ ‎【考点定位】“伏安法测电阻”、“测电源的电动势和电阻”的实验。‎ ‎9．【2015·福建·19（2）】某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。‎ ‎（1）实验要求滑动变阻器的 滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大。请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；‎ ‎（2）某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为 A；‎ ‎（3）该小组描绘的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将 只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1欧的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为 W（保留两位小数）。‎ ‎【答案】 （1）如图所示 （2）0.44 （3）4 2.25‎ ‎【考点】：描绘小电珠的伏安特性曲线 ‎ ‎10．【2013·福建卷】硅光电池在无光照射时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表V1量程选用3V，内阻为6.0 kΩ；电压表V2量程选用15V，内阻约为30 kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势约为12V，内阻不计。‎ ‎（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。‎ ‎（2）用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2。‎ ‎（i）某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1= V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为 mA（保留两位小数）。‎ ‎（ii）该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix（图中“－”表示反向），并在坐标纸上建立Ix-Ux坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点，并绘出Ix-Ux图线。‎ ‎（iii）由Ix-Ux图线知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成 （填“线性”或“非线性”）关系。‎ ‎【答案】 ①如图1所示 ②（i）1.40 0.23 （ii）如图2所示 （iii）非线性 ‎【解析】 ①根据题图甲可知，滑线变阻器采用了分压式接法，接线时注意硅光电池正确与电压表V1的负极连接，连接电路时，最后再连电压表V2，如图1所示 ‎【考点定位】 本题考查了“描绘硅光电池无光照时的反向伏安特性曲线”实验，属于课本“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的变形。‎ ‎11．【2017·新课标Ⅰ卷】（10分）‎ 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3.8 V，额定电流0.32 A）；电压表V（量程3 V，内阻3 kΩ）；电流表（量程0.5 A，内阻0.5 Ω）；固定电阻R0（阻值1 000 Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0 Ω）；电源E（电动势5 V，内阻不计）；开关S；导线若干。‎ ‎（1）实验要求能够实现在0~3.8 V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_________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__________（填“增大”“不变”或“减小”）。‎ ‎（3）用另一电源E0（电动势4 V，内阻1.00 Ω）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2位小数）‎ ‎【答案】（1）如图所示 （2）增大 增大 （3）0.39 1.17‎ ‎ ‎ ‎（3）当滑动变阻器的阻值为9 Ω时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时E=U+I（r+R）得U=–10I+4，在图中作出该直线如左图所示，交点坐标约为U=1.75 V，I=225 mA，P1=UI=0.39 W；整理得：，当直线的斜率最大时，与灯泡的I–U曲线的交点坐标最大，即灯泡消耗的功率最大。当滑动变阻器电阻值R=0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为U=3.67 V，I=0.32 A，如右图所示，最大的功率为P2=UI=1.17 W。‎ ‎【考点定位】研究小灯泡的伏安特性曲线 ‎【名师点睛】电路图主要是控制电路、测量电路的连接。小灯泡阻值为小电阻——外接法，电压从0开始测量——分压式接法。然后由伏安特性曲线分析阻值的变化，注意纵轴是电流。第（3）问求小灯泡消耗的实际功率较难，因小灯泡的阻值随电流的变化而变化，通过闭合电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流、电压值。‎