高考物理一轮复习 第7章 电路 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线习题.docx

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高考物理一轮复习第7章电路实验八描绘小电珠的伏安特性曲线习题

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线

一、基本实验要求

1．实验原理

（1）测多组小灯泡的U、I，并绘出I－U图象．

（2）由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．

2．实验器材

小灯泡“3.8V，0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．

3．实验步骤

（1）画出电路图（如图甲）．

（2）将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示电路．

（3）测量与记录．

移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．

（4）数据处理．

①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．

②在坐标纸上描出各组数据所对应的点．

③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．

二、规律方法总结

1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较

两种接法的

电路图

负载R上电压的

调节范围

≤U≤E

0≤U≤E

负载R上电流的

调节范围

≤I≤

0≤I≤

2.两种接法的适用条件

（1）限流式接法适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）．

（2）分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）．

3．实验器材选取

（1）原则：

①安全；②精确；③操作方便．

（2）具体要求．

①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过0.6A.

②用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流．

③电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值．

④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的

以上．

4．注意事项

（1）电流表外接法：

本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

（2）滑动变阻器应采用分压式接法：

本实验要作出U－I图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压式接法．

（3）保护元件安全：

为保护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压．

5．误差分析

（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．

（2）测量时读数带来误差．

（3）在坐标纸上描点、作图带来误差．

1．（2015·浙江卷）图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图．

图甲

图乙

（1）根据图甲画出实验电路图

（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乙中的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________．

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．

（2）电流表的量程为0.6A，所以每小格表示的分度值为0.02A，故①的读数为0.10A，②的读数为0.24A．电压表的量程为3V，则每一小格表示0.1V，所以③的读数为2.00V，④的读数为0.27V.

电压小，两端的电流小，故①④为同一组数据，故得到的电阻为R′＝

＝2.7Ω.

②③为另外一组数据，故得到的电阻为R＝

＝8.3Ω.

答案：

（1）见解析图　

（2）①0.10A　②0.24A

③2.00V　④0.27V　（8.3±0.1）Ω和（2.7±0.1）Ω

2．（2016·益阳模拟）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甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A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丙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，在图丁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．

解析：

①电压表的示数U＝2.30V，所以灯泡L的电阻RL＝

＝

Ω＝5Ω.

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3V时，R2两端的电压U2＝

R2＝

×3000V＝1V，所以灯泡两端的电压U′＝UV＋U2＝（3＋1）V＝4V.

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4.0V，电流表的量程应变为0.7A，因此将电压表V与标准电阻R2串联改装成量程为4.0V的电压表，将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6A＋

A＝0.72A的电流表．故虚线框内实验电路如图所示．

答案：

①5　②4　③见解析图

3．（2016·廊坊模拟）一只小灯泡，标有“3V，1.5W”的字样．现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性曲线．实验器材有：

A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器

B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源

C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1

D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2

E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1

F．量程为15V、内阻约为10kΩ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）在该实验中，设计了如图所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________（将选项代号的字母填在横线上）．

（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________________.

解析：

（1）因为小灯泡的额定电压为3V，故电压表选E；小灯泡的额定电流I＝

＝

A＝0.5A，故电流表选C.

（2）小灯泡在额定电压下的电阻R＝

＝6Ω，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.

答案：

（1）E　C　

（2）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．

4．（2016·大连模拟）有一只标值为“2.5V，xW”的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清．某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率．

（1）已知小灯泡的灯丝电阻约为5Ω，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路．

（2）开关S闭合之前，将图乙中滑动变阻器的滑片应置于________（填“A端”“B端”或“AB正中间”）．

（3）该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W.

解析：

（1）小灯泡电阻较小，所以，电流表外接，电路图及实物图见答案．

（2）开关S闭合前，被测电路两端电压应最小，滑片应置于B端．（3）由题图丙知，灯泡两端额定电压为2.5V时，电流为I＝0.44A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝2.5×0.44W＝1.1W.

答案：

（1）如图甲所示　实物连线如图乙所示（注：

任何一个地方错误均不可）　

（2）B端　（3）1.1

1．（2015·广东卷）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（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）．

解析：

①读数为10，欧姆挡“×1”，故电阻为10×1Ω＝10Ω.采用外接法的原因是RX＝10Ω<

＝

Ω，电流表的分压作用影响大，应使用电流表外接法．

②当P向右边滑动时，未知元件上分到的电压增大，因此电流增大．

③由图（d）可知，Y的电压与电流的比值并不固定，因此是非线性元件．

④由图（d）可知，RX＝10Ω，由闭合电路欧姆定律E＝U＋

r可得，当S2闭合时，E＝3＋

r，当S2断开时有E＝1＋

（r＋21）（此时把R当作电源内阻），联立解得E＝3.2V，r＝0.50Ω.

答案：

①10　b　②增大　③Y　④3.2　0.50

2．（2016·运城模拟）有一个小灯泡上标有“4V，2W”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（0～5V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）

C．电流表（0～3A，内阻0.4Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻1Ω）

E．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，允许最大电流为2A）

F．滑动变阻器（最大阻值为500Ω，允许最大电流为1A）

G．学生电源（直流6V）、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）．

解析：

（1）因实验目的是描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．

（2）因小灯泡额定电压为4V，0～15V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5V的A；小灯泡的额定电流I＝0.5A，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8Ω，调节不方便，故应选滑动变阻器E；又因RVRA>R

，所以