【物理】2020届一轮复习第七章实验七　描绘小灯泡的伏安特性曲线作业（江苏专用）

【物理】2020届一轮复习第七章实验七　描绘小灯泡的伏安特性曲线作业（江苏专用）

实验七　描绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎1.要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压需要从零逐渐增加到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);‎ 开关一个、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,由此说明小灯泡的电阻发生了怎样的变化?‎ 答案　(1)A　(2)B　(3)见解析 解析　(1)根据小灯泡标示的额定值可以计算出小灯泡的额定电流I=PU=‎0.6‎‎3‎ A=0.2 A,根据测绘小灯泡的伏安特性曲线的要求,小灯泡两端的电压需要从零开始调节,故调节电路中滑动变阻器应采用分压接法。为方便调节应选用最大阻值较小的滑动变阻器,故选A。‎ ‎(2)额定电压下小灯泡的阻值R=UI=‎3‎‎0.2‎ Ω=15 Ω,远小于电压表内阻,故电流表应该采用外接法,所以电路应采用分压外接法,故选B。‎ ‎(3)小灯泡的电阻随电流的增大而增大。‎ ‎2.(2018宜兴模拟)某学习小组欲探究小灯泡(“3 V　1.5 W”)的伏安特性,可提供的实验器材如下:‎ A.电池组:电动势约为4.5 V,内阻可不计;‎ B.双量程的电压表:‎ V1:量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ;‎ V2:量程为0~15 V、内阻约为15 kΩ;‎ C.双量程的电流表:‎ A1:量程为0~0.6 A、内阻约为1 Ω;‎ A2:量程为0~3 A、内阻约为0.1 Ω;‎ D.滑动变阻器R:阻值范围0~10 Ω、允许通过的最大电流为2 A;‎ E.开关S,导线若干。‎ 在尽量提高测量精度的情况下,请回答下列问题:‎ ‎(1)根据以上器材,用笔画线代替导线将实物图1连接成完整电路。‎ ‎(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到　　　　(选填“A”或“B”)端。 ‎ ‎(3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如表所示,请在图2所示的坐标纸上画出小灯泡的U-I图线。‎ 组数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0‎ ‎0.28‎ ‎0.58‎ ‎0.92‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ I/A ‎0‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.45‎ ‎0.49‎ ‎　　(4)根据图线可求得小灯泡在常温下的电阻约为　　　　Ω(结果保留2位有效数字)。 ‎ 答案　(1)见解析图甲　(2)A　(3)见解析图乙　(4)2.8解析　(1)本实验应采用滑动变阻器分压接法以获得多组数据,同时由于小灯泡内阻较小,应采用电流表外接法以减小误差;故连线如图甲所示。‎ ‎(2)由图甲可知测量电路与滑动变阻器的左侧并联,为了让小灯泡两端的电压值从零开始调节,故开始时滑片应移到A端。‎ ‎(3)根据描点法可得出对应的U-I图线如图乙所示。‎ ‎(4)作出过原点的切线,如图丙所示;小灯泡在常温下的电阻即图线过原点的切线的斜率;故R=‎0.28‎‎0.1‎ Ω=2.8 Ω。‎ ‎3.(2018南通模拟)为描绘一只标有“2.5 V　0.75 W”字样的小灯泡的伏安特性曲线,实验室提供了如下实验器材:‎ 电压表V(量程为0~3 V,内阻约5 kΩ)‎ 电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约1 Ω)‎ 电流表A2(量程为0~3 A,内阻约10 Ω)‎ 滑动变阻器R1(0~10 Ω)‎ 滑动变阻器R2(0~100 Ω)‎ 干电池两节,开关S及导线若干 ‎(1)为了使测量的准确度较高,调节方便,实验中应选用电流表　　　　,滑动变阻器　　　　; ‎ ‎(2)在图甲所示虚线内画出实验电路图;‎ ‎(3)连接电路,闭合开关,移动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,但电压表有示数,电流表几乎不偏转,则故障的原因可能是　　　　　　　　　; ‎ ‎(4)排除故障后,正确操作得到多组U、I数据,利用Excel软件描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,设小灯泡正常发光的电阻为RA,小灯泡发光较暗时的电阻为RB,根据图像可以判断RA　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)RB。 ‎ 答案　(1)A1　R1　(2)见解析图　(3)小灯泡断路 ‎(4)大于 解析　(1)灯泡额定电流为0.3 A,如果采用3 A量程误差过大,因此只能采用0.6 A量程的A1,本实验中采用滑动变阻器分压接法,因此应采用总阻值较小的滑动变阻器R1。‎ ‎(2)本实验中应采用滑动变阻器分压接法,同时电流表应采用外接法,如图所示 ‎(3)闭合开关,发现灯泡不亮,电流表指针几乎不偏转,说明电路断路。电压表有示数,说明与电压表并联部分断路,则电路故障的原因可能是灯泡断路。‎ ‎(4)I-U图像中各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,则由题图乙可知,正常发光时的斜率较小,故说明正常发光时的电阻大于较暗时的电阻。‎ ‎4.(2017盐城中学三模)一只小灯泡,额定功率为0.75 W,额定电压值已模糊不清,A小组的同学想测定其额定电压值,于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3 Ω,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=PR=1.5 V。B小组同学认为A小组测量方法有误,他们利用下面可供选择 的器材设计一个电路,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U-I图线,进而找到灯泡的额定电压。‎ A.电压表V(量程3 V,内阻约3 kΩ)‎ B.电流表A1(量程1 500 mA,内阻约0.02 Ω)‎ C.电流表A2(量程500 mA,内阻约0.6 Ω)‎ D.滑动变阻器R1(0~10 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)在实验过程中,B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,在下面所给的虚线框中画出实验的电路原理图。上述器材,电流表选　　　　(选填“A1”或“A2”);滑动变阻器选　　　　(选填“R1”或“R2”)。 ‎ ‎　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(2)当电压达到1.23 V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70 V时,灯泡功率已超过额定功率,便立即断开开关,并将所测数据记录在下面表格中,请你根据表中实验数据在图中的坐标纸上作出灯泡的U-I图线。‎ 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 ‎(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为　　　　V,显然这一结果大于1.5 V,究其原因是　。 ‎ 答案　(1)电路原理图如图所示　A2　R1‎ ‎(2)图线如图所示 ‎(3)2.5(2.4~2.6均可)　灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)‎ 解析　(3)由U-I图线可知,当小灯泡的功率为0.75 W时,电压约为2.5 V。‎ ‎5.(2016江苏单科,10)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系,已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω,R随t的升高而增大,实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度。‎ 实验时闭合S,先将开关K与1端闭合,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1,t2,…和电流表的相应示数I1,I2,…。然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1,I2,…,分别记下电阻箱相应的示数R1,R2,…。‎ ‎(1)有以下两种电流表,实验电路中应选用　　　　。 ‎ A.量程0~100 mA,内阻约2 Ω B.量程0~0.6 A,内阻可忽略 ‎(2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0 Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是　　　　。 ‎ ‎①将旋钮a由“0”旋转至“1”‎ ‎②将旋钮b由“9”旋转至“0”‎ ‎③将旋钮c由“9”旋转至“0”‎ ‎(3)实验记录的t和R的数据见下表 温度t(℃)‎ ‎20.0‎ ‎40.0‎ ‎60.0‎ ‎80.0‎ ‎100.0‎ 阻值R(Ω)‎ ‎9.6‎ ‎10.4‎ ‎11.1‎ ‎12.1‎ ‎12.8‎ ‎　　请根据表中数据,在如图所示方格纸上作出R-t图线。‎ 由图线求得R随t的变化关系为R=　　　　Ω。 ‎ 答案　(1)A　(2)①②③(或①③②)‎ ‎(3)见解析图　0.04t+8.8(0.04t+8.7~0.04t+8.9都算对)‎ 解析　(1)电路中电源电动势为1.5 V,金属电阻的阻值约为10 Ω,滑动变阻器最大阻值为10 Ω,电流在0.075~0.15 A之间变化,则电流一般在0.1 A以内调整,为使电流读数更准确,应选用量程0~100 mA的电流表。‎ ‎(2)调节电阻箱时按照先调大再调小的原则,旋转各旋钮的正确操作顺序是①②③(或①③②)。‎ ‎(3)R-t图像如图所示 由R-t图像知,R=0.04t+8.8(Ω)。‎ ‎6.(2019运河中学月考)有一只标识为“2.5 V　0.5 A”的小灯泡,小华想测定其伏安特性曲线,实验室中的器材除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择:‎ 编号 器材名称 规格与参数 A 电源E 电动势为3.0 V,内阻不计 B 电流表A1‎ 量程0~10 mA,内阻200 Ω C 电流表A2‎ 量程0~600 mA,内阻约为2 Ω D 电阻箱R 最大阻值999.99 Ω E 滑动变阻器R1‎ 最大阻值10 Ω F 滑动变阻器R2‎ 最大阻值2 kΩ ‎　　(1)为了达到实验目的,需要组装一个量程为3.0 V的电压表,那么电阻箱的阻值应调到　　　　Ω。 ‎ ‎(2)为了减小实验误差,实验中滑动变阻器应选择　　　　(选填器材前面的编号)。 ‎ ‎(3)请帮助小华设计一个电路,要求使误差尽量小,并将电路图画在虚线框内。‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎(4)小华在实验中用电流表和改装后的电压表测得数据并记录在下表中,请根据表格中的数据在如图所示方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。‎ U/V ‎0‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎1.5‎ ‎2.0‎ ‎2.5‎ I/A ‎0‎ ‎0.17‎ ‎0.30‎ ‎0.39‎ ‎0.45‎ ‎0.49‎ ‎(5)将一个电动势为1.5 V,内阻为3 Ω的电源直接接在该小灯泡的两端,则该小灯泡的实际功率为　　　　W(结果保留1位有效数字)。 ‎ 答案　(1)100　(2)E　(3)见解析图　(4)见解析图 ‎(5)0.2‎ 解析　(1)由题意可知,本实验应采用伏安法测定小灯泡的伏安特性曲线,由表中数据可知,电流大小最大约为0.49 A,因此电流表应采用A2,故只能采用A1与电阻箱串联的方式改装成电压表,由串、并联电路规律可知,R=‎3‎‎0.01‎‎-200‎ Ω=100 Ω。‎ ‎(2)由题意知,本实验应采用滑动变阻器分压式接法,所以只能选用总阻值较小的E。‎ ‎(3)本实验应采用滑动变阻器分压式接法,RV=300 Ω,RA2≈2 Ω,‎2.5V‎0.5A=5 Ω,故电流表采用外接法,电路图如图所示 ‎(4)根据描点法可得出对应的伏安特性曲线如图所示 ‎(5)在灯泡的伏安特性曲线中作出电源的U-I图线,两图线的交点表示灯泡的工作点,由图可知,电压U=0.8 V,电流I=0.24 A,则功率P=UI=0.8×0.24 W≈0.2 W。‎