实验11-2 描绘小灯泡伏安特性曲线（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验11-2 描绘小灯泡伏安特性曲线（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验11.2 描绘小灯泡伏安特性曲线 抢分巧练 ‎◎考题实战 掌握高考脉搏 ‎1．(2015浙江卷，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．‎ ‎ ‎ 图1 图2‎ ‎(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①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V．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)见解析　(2)①0.10 A(0.10±0.02均可)‎ ‎②0.24 A(0.24±0.02均可)　③2.00 V(2.00±0.01均可)　④0.27 V(0.27±0.01均可)　8.3 Ω(8.3±0.1均可)　2.7 Ω(2.7±0.1均可)‎ ‎2．(2015山东卷，22)如图甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R 为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表．某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率．改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线．‎ ‎ ‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)滑动触头向下移动时，电压表示数________(填“增大”或“减小”)．‎ ‎(2)I0＝________A.‎ ‎(3)RL消耗的最大功率为____W(保留一位有效数字)．‎ ‎【答案】　(1)减小　(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)　(3)5‎ ‎3．(2015海南卷，12)某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化．实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2，电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ)、电压表V(量程6 V)、秒表、导线若干．‎ ‎(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线．‎ ‎(2)先闭合开关S2，再断开开关S2；闭合开关S1，同时按下秒表开始计时．若某时刻电压表的示数如图(c)所示，电压表的读数为　______V(保留2位小数)．‎ ‎(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U，记录的数据如下表所示．在给出的坐标纸上绘出Ut图线．已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是　________s.‎ 时间t/s ‎10.0‎ ‎20.0‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ 电压U/V ‎2.14‎ ‎3.45‎ ‎4.23‎ ‎4.51‎ ‎5.00‎ ‎5.18‎ ‎（4）电路中C、R2和S2构成的回路的作用是____________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)实物连线如图甲所示 图甲 图乙 ‎【答案】　(1)见解析图　(2)3.60 V ‎(3)Ut图线见解析图乙　40 s ‎(4)使实验前电容器两极板上的电荷中和 ‎4．（2015·广东理综，34）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3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。‎ 图1‎ ‎①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图1(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图1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。‎ 图2‎ ‎③图2(a)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＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图2(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图2(a)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】　①10　b　②增大　③Y　④3.2　0.50‎ ‎5．(2016天津卷，9(3))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IU图象应是下图中的　________.‎ ‎【答案】　(1)见解析图　(2)B ‎6．(2016江苏卷，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，在方格纸上作出Rt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)0.04t＋8.8(0.04t＋8.6～0.04t＋9.0都算对)‎ ‎7．(2017课标卷Ⅰ，23)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(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．‎ 图(a)　　　　　　　　　　　图(b)‎ 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)‎ 当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙 ‎【答案】　(1)实验电路原理如图所示．‎ ‎(2)增大　增大　(3)0.39　1.17‎ ‎◎考法模拟 悟透破题之道 ‎8．(2016河北邯郸一模)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)‎ ‎【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； ‎ ‎【答案】　(1)增大　E　(2)如解析图所示　(3)0.56　(0.54～0.58都对)‎ ‎9．(2016湖北八校一联)在“绘制小灯泡的伏安特性曲线”的实验中。‎ 甲 ‎(1)小王同学根据实验测得的数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图甲(不是过原点的直线)，请你解释形成的原因：____________________________________。‎ ‎(2)若把3个这样完全相同的小灯泡串联后，接到6 V的恒压电源后，求每个小灯泡的电阻为________Ω，每个小灯泡上消耗的电功率P＝________W。‎ 乙 ‎(3)如图乙，若电源的电动势和内阻分别为E＝1.5 V，r＝1.0 Ω，保护电阻(与电源串联使用，防止电路中电流过大)为R＝ Ω，则将三个这样完全相同的小灯泡并联后，再接入电路，则三个小灯泡消耗的总功率为P总＝________W。(结果保留两位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)温度升高，小灯泡电阻增大 ‎(2)7.7　0.52　(3)0.32(0.30～0.35均对) ‎ ‎10．(2016湖南长沙质检)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得出伏安特性曲线如图甲所示。所用小灯泡的额定电压是3.0 V。‎ ‎(1)画出实验电路图。‎ ‎(2)将实物图乙连接成实验电路。‎ ‎(3)根据图甲，该小灯泡在电压为2.8 V时的实际电阻为________ Ω(结果保留三位有效数字)。‎ ‎(4)关于该实验的系统误差，下列判断正确的是________。‎ A．系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越大 B．系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越大 C．系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误差越大 D．系统误差主要是由读数时的估读引起的，电压越大误差越大 ‎【解析】　‎ ‎【答案】　(1)如图所示 ‎(2)如图所示 ‎(3)10.8　(4)A ‎11．(2016济南三校联考)有一个额定电压为2.8 V，额定功率约为0.8 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，有下列器材供选用：‎ A．电压表(0～3 V，内阻6 kΩ)‎ B．电压表(0～15 V，内阻30 kΩ)‎ C．电流表(0～3 A，内阻0.1 Ω)‎ D．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)‎ E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)‎ F．滑动变阻器(200 Ω，0.5 A)‎ G．蓄电池(电动势6 V，内阻不计)‎ ‎(1)用如图甲所示的电路进行测量，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(用序号字母代表)‎ ‎(2)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________ Ω。‎ ‎(3)若将此灯泡与电动势为6 V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为________ Ω的电阻。‎ ‎【解析】　‎ 由题中分压外接电路及所给小灯泡的相关数据可知电压表应选择A，电流表应选择D，滑动变阻器应选择E；由灯泡伏安特性曲线找到2.8 V时小灯泡的电流，由R＝可求得电阻；若将小灯泡与6 V的电源连接，由U L＝E－R1，可解得R1。‎ ‎【答案】　(1)A　D　E　(2)10　(3)11.4‎ ‎12．某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小灯泡伏安特性曲线实验中：该同学采用图12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 Ω，额定电流1.0 A)，L为待测小灯泡，○V为电压表(量程6 V，内阻20 kΩ)，Ⓐ为电流表(量程0.6 A，内阻1 Ω)，E为电源(电动势8 V，内阻不计)，S为开关．‎ ‎　‎ 图12‎ ‎(1)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________(填“左”或“右”)端；‎ ‎(2)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，空格中请填写图中的数字，如“__2__点至__3__点”的导线)‎ ‎(3)该同学描绘出小灯泡的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小灯泡的电阻值随工作电压的增大而________(填“不变”“增大”或“减小”)．‎ ‎【答案】　(1)左　(2)1　5(或5　1)　(3)增大 13． 当小灯泡发光时，其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化．某同学为研究这一现象，按照自己设计的实验电路测量出小灯泡的电流I和电压U，得到如下表所示的数据．‎ I/A ‎0.00‎ ‎0.12‎ ‎0.22‎ ‎0.29‎ ‎0.34‎ ‎0.38‎ ‎0.42‎ ‎0.45‎ ‎0.47‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ U/V ‎0.00‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.40‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎2.00‎ ‎(1)请你根据上表数据的特点，在虚线框中画出实验电路图．‎ 可用的器材有：电源(电动势为3 V)；小灯泡；电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)；电流表(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)；滑动变阻器(变化范围0～10 Ω)；开关和导线若干．‎ ‎(2)①在坐标上画出小灯泡的UI曲线(图上已描出部分点)．‎ ‎②由图可知：灯丝的电阻随灯泡亮度增加而________(选填“变大”或“变小”)．‎ ‎(3)如果将上述实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V，内阻为2.0 Ω的电源两端，利用上面的UI曲线可求出小灯泡的实际功率是________W，电源效率为________.(保留两位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)如图甲所示 图甲　　　　　　图乙　　　　　　　图丙 ‎(2)①如图乙所示　②变大　(3)0.28(0.26～0.30均可)　53%(51%～55%均可)‎ ‎14．LED二极管的应用是非常广泛的，2014年诺贝尔物理学奖被授予了日本科学家赤崎勇，天野浩和美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们发明了蓝色发光二极管(LED)，并因此带来的新型节能光源．某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.‎ U/V ‎0.0‎ ‎0.40‎ ‎0.80‎ ‎1.20‎ ‎1.60‎ ‎2.00‎ ‎2.40‎ ‎2.80‎ I/mA ‎0.0‎ ‎0.9‎ ‎2.3‎ ‎4.3‎ ‎6.8‎ ‎12.0‎ ‎19.0‎ ‎30.0‎ 实验室提供了以下器材：‎ A．电压表(量程0～3 V，内阻约20 kΩ)‎ B．电压表(量程0～15 V，内阻约100 kΩ)‎ C．电流表(量程0～50 mA，内阻约40 Ω)‎ D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约2 Ω)‎ E．滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，允许最大电流2 A)‎ F．电源(电动势6 V，内阻不计)‎ G．开关，导线若干 ‎(1)该同学做实验时，电压表选用的是________　，电流表选用的是________　(填选项字母)．‎ ‎(2)如图甲中的实物连线已经连了部分电路，请按实验要求将实物图中的连线补充完整．‎ ‎(3)根据表中数据，请在图乙中画出该二极管的IU图线．‎ ‎(4)若此发光二极管的最佳工作电流为15 mA，现将此发光二极管与电动势为3 V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________　Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态．(结果保留两位有效数字)‎ ‎【解析】　(1)根据实验数据表可知电压最大为2.80 V，最大 ‎(4)根据闭合电路欧姆定律应有I＝，由IU图象可读出I＝15 mA时对应的电压U＝2.2 V，‎ 可求出Rx≈146.7 Ω，代入数据解得R≈53 Ω.‎ ‎【答案】　(1)A　C　(2)见解析图丙　(3)见解析图丁　(4)53‎ ‎15.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的规格为“3.8V，0.3A”。除了开关、导线外，还有如下器材：‎ 电压表V，量程0～5 V，内阻约5 kΩ ‎ 电流表A1，量程0～500mA，内阻约0.5Ω ‎ 电流表A2，量程0～100 mA，内阻约4 Ω ‎ 滑动变阻器R1，最大阻值10 Ω，额定电流2.0 A ‎ 滑动变阻器R2，最大阻值100Ω，额定电流1.0 A ‎ 直流电源E，电动势约为6 V，内阻约为0.5 Ω ‎（1）上述器材中，电流表应选______，滑动变阻器应选______。（填器材符号）‎ ‎（2）请根据所选的器材，在图甲中用笔画线代替导线，连接实验电路。‎ 甲 A ‎+‎ V ‎+‎ ‎+‎ ‎－ ‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎-‎ 乙 ‎0‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ I/A U/V ‎（3）根据实验数据，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线，如图乙。则可确定小灯泡的功率P与U 2和I 2的关系，下列示意图中正确的是_______‎ A B C D P U 2‎ P U 2‎ P I 2‎ P I 2‎ O O O O ‎（4）将被测小灯泡与一个电动势为1.5V，内电阻为5Ω的电源串联组成闭合回路，则通过小灯泡的电流为___________A。‎ ‎【解析】‎ ‎(1)灯泡的额定电流是0.3A,可知选择量程为500mA的电流表,即选择A1.‎ 因在测量灯泡的伏安特性曲线实验中,滑动变阻器采用分压接法;故应选择小电阻;即选择R1.‎ (2) 本实验中要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法；同时因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法；则可得出对应的实物图如图所示；‎ 甲 A ‎+‎ V ‎+‎ ‎+‎ ‎－ ‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎-‎ ‎【答案】（1）A1，R1 （2）实物连线，见解析 (3) D (4) 0.15~0.16均可 ‎ ‎