专题15+实验：描绘小电珠的伏安特性曲线（精练）2019年高考物理双基突破（二）

专题15+实验：描绘小电珠的伏安特性曲线（精练）2019年高考物理双基突破（二）

‎1．某同学查阅资料发现铅笔芯的电阻随温度的升高而变小。在实验中，他取一段长为16 cm的铅笔芯，用多用电表测量其电阻大约为4 Ω。该同学要较精确地测量铅笔芯的电阻，现有下列器材可供选择：‎ A．电源3 V（内阻不计）；‎ B．电流表0～3 A（内阻0.1 Ω）；‎ C．电流表0～600 mA（内阻0.5 Ω）；‎ D．电压表0～3 V（内阻3 kΩ）；‎ E．电压表0～15 V（内阻200 kΩ）；‎ F．滑动变阻器（0～10 Ω，1 A）；‎ G．滑动变阻器（0～1 kΩ，300 mA）‎ ‎（1）除开关、导线外，实验中要求能够在电压表上从零开始读取若干组数据，需要选用的器材有：______（填写字母代号）；‎ ‎（2）用笔画线代替导线，在实物图中连接实验电路；‎ ‎（3）该同学记录了实验数据，并画出了该铅笔芯的伏安特性曲线，证实了铅笔芯的电阻随温度的升高而减小，则该铅笔芯的伏安特性曲线为下图中的________。‎ ‎【答案】（1）D C F （2）见解析 （3）C ‎（2）电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法；待测铅笔芯阻值较小，电流表采用外接法。应先画出电路图（如图甲），然后再连接实物图（如图乙）。 ‎ ‎3．要测绘一个标有“6 V　2.5 W”‎ 小灯泡的伏安特性曲线，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材：‎ A．直流电源，6 V，内阻未知 ‎ B．电流表G，满偏电流3 mA，内阻Rg＝10 Ω ‎ C．电流表A，0～0.6 A，内阻未知 ‎ D．滑动变阻器R，0～20 Ω，5 A ‎ E．滑动变阻器R′，0～200 Ω，1 A ‎ F．定值电阻R0，阻值1 990 Ω ‎ G．开关与导线若干 ‎（1）由于所给实验器材缺少电压表，某同学直接把电流表G作为电压表使用测出小灯泡两端电压，再用电流表A测出通过小灯泡的电流，从而画出小灯泡的伏安特性曲线，该方案实际上不可行，其最主要的原因是_______________。‎ ‎（2）为完成本实验，滑动变阻器应选________（填器材前的序号）。‎ ‎（3）请在图中完成本实验的实物电路图的连线。‎ ‎【答案】（1）电流表G测量电压范围太小，导致电流表A指针偏转很小，误差较大（2）D（3）见解析 ‎4．某学习小组探究一小灯泡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该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小灯泡并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小灯泡的总功率最大，其总功率的值约为________W（保留两位小数）。‎ ‎【答案】①连线如图所示　②0.44　③4　2.25‎ ‎5．由金属丝制成的电阻器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A，0～0.6 A，内阻为1 Ω ‎ C．电压表V，0～3 V，内阻未知 ‎ D．滑动变阻器，0～10 Ω，额定电流为1 A ‎ E．电源，E＝3 V，内阻r＝1 Ω ‎ F．定值电阻R0，阻值为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，请在方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：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，然后在图中画出电阻器的伏安特性曲线。‎ 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 ‎（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。（结果保留两位小数）‎ ‎【答案】（1）见解析（2）见解析（3）0.32 W ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.35‎ ‎0.60‎ ‎0.90‎ ‎1.45‎ ‎2.05‎ ‎2.52‎ UR/V ‎（3）由UR＋I（r＋R0）＝E作出U－I图象如图乙中直线所示，由此图象与电阻器U－I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＝URI≈0.32 W。 ‎ ‎ 6． 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，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I－U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）‎ ‎【答案】（1）A C（2）见解析（3）见解析（4）53 Ω ‎（2）通过估算二极管的阻值可知满足>，所以电流表应用外接法。‎ 由于电流、电压从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，连线图如图所示。‎ ‎7．一只小灯泡，标有“3 V，1.5 W”的字样。现要描绘小灯泡0～3 V的伏安特性曲线。实验器材有：‎ A．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器 ‎ B．电动势为6 V、内阻约为1.0 Ω的电源 ‎ C．量程为0.6 A、内阻约为1.0 Ω的电流表A1 ‎ D．量程为3 A、内阻约为0.1 Ω的电流表A2 ‎ E．量程为3 V、内阻约为6 kΩ的电压表V1 ‎ F．量程为15 V、内阻约为10 kΩ的电压表V2 ‎ G．开关、导线若干 ‎（1）电压表应选用________；电流表应选用________。（将选项代号的字母填在横线上）‎ ‎（2）字母填在横线上）。‎ ‎（3）以下是该实验的操作步骤：‎ A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；‎ B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值最大；‎ C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数（U1，I1），移动滑动变阻器的滑片，每移动一次记下一组（U，I）值，共测出12组数据；‎ D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改。‎ ‎【答案】（1）C（2）C（3）见解析 ‎（2）小灯泡在额定电压下的电阻R＝＝6 Ω，由于>，故电流表外接．描绘伏安特性曲线时，电压从零开始，需用滑动变阻器的分压式接法，选C。‎ ‎（3）步骤B不妥，闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零；步骤D有错，应为按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来。‎ ‎8．有一个小灯泡上标有“4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，现有下列器材供选用：‎ A．电压表，0～5 V，内阻10 kΩ ‎ B．电压表，0～15 V，内阻20 kΩ ‎ C．电流表，0～3 A，内阻0.4 Ω ‎ D．电流表，0～0.6 A，内阻1 Ω ‎ E．滑动变阻器，最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A ‎ F．滑动变阻器，最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A ‎ G．学生电源，直流6 V、开关、导线若干 ‎（1）实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：________________________。‎ ‎（2）实验中所用电压表应选用_______，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。（用序号字母表示）‎ ‎【答案】（1）描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据　（2）A　D　E ‎（2）因小灯泡额定电压为4 V,0～15 V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5‎ ‎ V的A；小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D；滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡电阻8 Ω，调节不方便，故应选滑动变阻器E；又因RVRA>R，所以电流表应外接。‎ ‎9．图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。‎ ‎（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）使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 电压达到额定电压（2）见解析 ‎ ‎ ‎（2）与实物电路相应的电路图如图所示。‎ ‎10．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＝＝ V＝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灯泡的UI图线，进而分析灯泡的额定电压。‎ A．电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩ ‎ B．电流表A1，量程150 mA，内阻约2 Ω ‎ C．电流表A2，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“A1”或“A2”）；滑动变阻器选择________（填“R1”或“R2”）。‎ ‎（2）在实验过程中，该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下边表格中。‎ 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 请你根据实验数据在图中作出灯泡的U－I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1.23 V，其原因是________________。‎ ‎【答案】（1）电路原理图如图所示　A2　R1（2）见解析图（3）2.5（2.4～2.6）　灯泡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）‎ ‎（2）如图所示 ‎（3）由P＝UI＝0.75 W，再结合图象可知U额＝2.5 V；大于1.23 V的原因是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻。‎ ‎11．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“4.0 V，0.7 A”；‎ 电流表A1，量程3 A，内阻约为0.1 Ω；‎ 电流表A2，量程0.6 A，内阻r2＝0.2 Ω；‎ 电压表V，量程3 V，内阻rV＝9 kΩ；‎ 标准电阻R1，阻值1 Ω；‎ 标准电阻R2，阻值3 kΩ；‎ 滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω；‎ 学生电源E，电动势6 V，内阻不计；‎ 开关S及导线若干。‎ 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0.46 A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a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b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】　①5　②4　③如解析图所示 ‎②由题图知电压表V与R2串联，根据串联分压，当电压表V的示数为3 V时，R2两端的电压U2＝R2＝×3 V＝1 V，所以灯泡两端的电压U′＝UV＋U2＝（3＋1）V＝4 V.‎ ‎③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，则电压表的量程为4.0 V，电流表的量程为0.7 A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装为量程为4.0 V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1，并联改装量程为0.6 A＋ A＝0.72 A的电流表。故虚线框内实验电路如下图所示。 ‎