2018高考物理大一轮复习题组层级快练36第八单元恒定电流4实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

题组层级快练(三十六)实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线1．在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源、额定电压为2.5 V的小电珠、以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线．要求能测出尽可能多组数据．如图是没有连接完整的实物电路．(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f 六根)(1)请你用笔画线代替导线，在原图中将实物电路连接完整；(2)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小电珠始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是___________________________________________ ________________________________________________________________________；(3)排除故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2 V，要测量小电珠的额定功率，应将滑片P向________端滑动(选填“左”或“右”)；(4)通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数，并绘制成了如图所示的U－I图像．根据U－I图像提供的信息，可计算出小电珠的额定功率是________W；(5)图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_______________________________________ ________________________________________________________________________.答案(1)连线如图所示(2)c段导线断路或电珠损坏(3)右 (4)0.5(5)小电珠的电阻随温度的升高而增大2．小亮同学为研究某电学元件(最大电压不超过2.5 V ，最大电流不超过0.55 A)的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材： A ．电压表(量程是3 V ，内阻是6 k Ω) B ．电压表(量程是15 V ，内阻是30 k Ω) C ．电流表(量程是0.6 A ，内阻是0.5 Ω) D ．电流表(量程是3 A ，内阻是0.1 Ω)F ．滑动变阻器(阻值范围0－5 Ω)，额定电流为0.6 AG ．滑动变阻器(阻值范围0－100 Ω)，额定电流为0.6 AH ．直流电源(电动势E ＝3 V ，内阻不计)I ．开关、导线若干该同学设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据(I 和U 分别表示电学元件上的电流和电压)．________．(以上均填写器材代号) (2)请在下面的虚线框中画出实验电路图；(3)在下图中描出该电学元件的伏安特性曲线；(4)据图中描出的伏安特性曲线可知，该电学元件的电阻随温度而变化的情况为：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 答案 (1)C A F (2)见解析图 (3)见解析图 (4)元件电阻随温度升高而增大 解析 (1)从表格中的实验数据可知，电流测量值I 的范围为0－0.50 A ，电压测量值U 的范围为0－2.00 V ，因此电流表应选C ，电压表应选A.因为本实验要测量多组(U ，I)值，需使电压U 连续变化，因此，变阻器应接成分压式，且选阻值较小的滑动变阻器F.(2)由表格中的数据，根据R ＝UI ，估算电学元件的电阻值大约为几欧，因此电流表外接．电路图如图所示：(3)如图所示(4)由图像知，图线的斜率逐渐变小，因此随着温度的升高，电学元件的电阻逐渐增大．3．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 k Ω) 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________(填选项字母)． 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________(填选项字母)．(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如下图所示．如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V ，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________ W.答案(1)A (2)B (3)0.1解析(1)测量小灯泡的伏安特性曲线，电压变化范围要求要大，所以采用滑动变阻器的分压式接法，应选择小电阻大电流的滑动变阻器A.(2)电流表的电阻与小灯泡的电阻接近，电流表的分压作用很明显，所以采用电流表外接，灯泡两端的电压变化范围大，所以滑动变阻器要采用分压式接法，B项正确．(3)将这个小灯泡接到电源两端，电源与小灯泡直接串联，电路方程为E＝U＋Ir，变形可得函数方程U＝E－rI，其函数图像如图所示，画出电动势为1.5 V，内阻为5 Ω，短路电流为0.30 A的图线，该图线和小灯泡的伏安特性曲线的交点即表示小灯泡与该电源直接串联的解．根据交点坐标(1.0 V，0.1 A)可以计算出小灯泡消耗的功率为P＝UI＝1.0×0.1 W＝0.1 W.4．某学习小组拟研究一个标有“3.6 V 1.8 W”的小灯泡的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：①电流表A，量程0－0.6 A，内阻约为0.2 Ω；②电压表V，量程0－15 V，内阻约为15 kΩ；③滑动变阻器R，阻值范围0－10 Ω；④学生电源E，电动势为4 V，内阻不计；⑤开关S及导线若干．(1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来．(2)甲同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果．于是又从实验室找来一量程为I g＝100 μA、内阻R g＝1 000 Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，则需串联一个阻值为________ Ω的电阻．(3)甲同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示：12(4)若将该小灯泡接在如图丁所示的电路中，则该小灯泡消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E＝3.0 V，内阻r＝1.5 Ω，定值电阻R0＝4.5 Ω.(结果保留两位有效数字) 答案(1)见解析图(2)49 000 (3)如下图所示(4)0.35【解析】(1)如图所示(2)设需要串联的电阻阻值为R x，则有I g(R g＋R x)＝5 V，代入数据可得R x＝49 000 Ω.(4)将定值电阻R0看做该电源的电阻，则内阻r′＝6 Ω，由此可得路端电压U＝E－Ir′，在I1－I2图线所在坐标纸上作出该I－U图像如下图所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32 A，电压约为1.1 V，所以该灯泡消耗的功率约为P＝0.32×1.1 W≈0.35 W.5．(2016·云南联考)有一个小灯泡上标有“4.8 V 2 W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线．有下列器材可供选用：A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)C．电流表(0～0.6 A，内阻约1 Ω)D．定值电阻R1＝3 kΩE．定值电阻R2＝15 kΩF．滑动变阻器R(10 Ω，2 A)G．学生电源(直流6 V，内阻不计)H．开关、导线若干(1)实验中所用电压表应选用________，定值电阻应选用________(均用序号字母填写)．(2)为尽量减小实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在虚线框内画出满足实验要求的电路图．(3)利用上述实验电路图测出的电压表读数U V与此时小灯泡两端电压U的定量关系是________，下面四个图像中可能正确的是________．答案(1)A D (2)见解析图(3)U＝2U V C解析 (1)由于量程15 V 的电压表量程较大，所以可以采用扩大3 V 量程电压表的办法，实验中所用电压表应选用A ，定值电阻应选用R 1＝3 k Ω的D. (2)采用分压电路，电流表外接，电路图如图所示．(3)利用上述实验电路图测出的电压表读数U V 与此时小灯泡两端电压U 的定量关系是U ＝2U V .由P ＝U 2R ，R 随温度升高(电压增大)而增大，小灯泡的电功率P 与它两端电压的平方U 2的关系曲线可能正确的是图C.6．某同学合理选用下列器材组成一个电路，同时对两个不同的热敏电阻R A 、R B 进行了测量，得到了两个热敏电阻的I －U 关系曲线，如图所示．在实验中，有以下器材供选择：A ．量程为50 mA 的电流表A 1，内阻约10 ΩB ．量程为0.6 A 的电流表A 2，内阻约0.05 ΩC ．量程为3 V 的电压表V 1，内阻约10 k ΩD ．量程为6 V 的电压表V 2，内阻约50 k ΩE ．电动势为12 V 、内阻不计的直流电源F ．滑动变阻器R 1(50 Ω，0.6 A)G ．滑动变阻器R 2(10 Ω，0.02 A)H ．单刀单掷开关一个、导线若干．(1)为了得到热敏电阻完整的I －U 关系曲线，请选择合适的实验器材：________________________________________________________________________(填器材前的选项字母)．(2)请设计实验电路并把它画到方框中，标明相应的器材代号．(3)该同学将R A、R B 串联起来，与电压恒为7 V 的稳压电源连接，则此时热敏电阻R A 和R B 消耗的功率之比为________．答案 (1)ACDEFH (2)电路如图所示 (3)2∶5解析 (1)根据I －U 关系曲线上的数据去选择实验器材．(2)测定I －U 关系曲线．要求电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于热敏电阻的阻值比电压表的内阻小很多，所以电流表采用外接法．(3)由题图可知电流等大时R A ∶R B ＝2∶5，则可知R A 和R B 消耗的功率之比为2∶5. 7．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A 1，量程3 A ，内阻约为0.1 Ω； 电流表A 2，量程0.6 A ，内阻r 2＝0.2 Ω； 电压表V ，量程3 V ，内阻r V ＝9 k Ω； 标准电阻R 1，阻值1 Ω； 标准电阻R 2，阻值3 k Ω；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．①甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行测量，当通过L 的电流为0.46 A 时，电压表的示数如图乙所示，此时L 的电阻为________ Ω.②乙同学又设计了如图2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3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见解析图解析 ①电压表的示数U ＝2.30 V ，所以灯泡L 的电阻R L ＝U I ＝2.300.46 Ω＝5 Ω.②由题图知电压表V 与R 2串联，根据串联分压，当电压表V 的示数为3 V 时， R 2两端的电压U 2＝U V r V R 2＝39 000×3 000 V ＝1 V ，所以灯泡两端的电压U ′＝U V ＋U 2＝(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，则电压表的量程应变为4.0 V ，电流表的量程应变为0.7 A ，因此将电压表V 与标准电阻R 2串联改装成量程为4.0 V 的电压表，将电流表A 2与标准电阻R 1并联改装成量程为0.6 A ＋0.6×0.21 A ＝0.72 A 的电流表．故虚线框内实验电路如图所示．。