新课标高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线试题.docx
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新课标高考物理一轮复习第八章恒定电流实验九描绘小电珠的伏安特性曲线试题
实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线
【基本要求】
一、实验目的
1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．
2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．
3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．
二、实验原理
用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
三、实验器材
小电珠“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．
四、实验步骤
1．画出电路图（如实验原理图所示）．
2．将小电珠、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所示的电路．
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，就得到小电珠的伏安特性曲线．
【方法规律】
一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
限流式接法
分压式接法
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≤
二、两种接法的选择
1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
三、误差分析
1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．
2．测量时读数带来误差．
3．在坐标纸上描点、作图带来误差．
四、注意事项
1．本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，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，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端．
4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
对电路设计和实验原理的考查
（2016·高考全国卷甲）某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5V的电压表V的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：
电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干．
实验步骤如下：
①按电路原理图（a）连接线路；
②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；
③调节滑动变阻器，使电压表满偏；
④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值．
回答下列问题：
（1）实验中选择滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）．
（2）根据图（a）所示电路将图（b）中实物图连线．
（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）．
（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）．
A．100μA B．250μA
C．500μA D．1mA
[解析]
（1）为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.
（3）如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00V，电阻箱两端的电压为0.5V，根据串联电路的分压原理，
＝
，求得电压表的内阻RV＝4×630.0Ω＝2520Ω.
（4）如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝
≈1mA，D项正确．
[答案]
（1）R1
（2）连线如图所示 （3）2520 （4）D
对数据处理和误差分析的考查
（2015·高考福建卷）某学习小组探究一小电珠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．
甲
乙
丙
（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________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W（保留两位小数）．
[解析]
（1）电流表示数要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图1所示．
（2）电流表示数为0.44A.
（3）当外电路的总电阻与电源内阻相等时，电源有最大的输出功率，即小电珠的总功率最大，此时R外＝r＝1Ω，I＝
＝
A＝1.5A，U外＝
＝1.5V，即每只小电珠两端的电压为1.5V，通过图象可知每只小电珠的电流为I0＝0.38A，n＝
≈4（只）；通过每只小电珠的电流为I0，两端电压为U，根据闭合电路欧姆定律得：
U＋nI0r＝E，而U＋4I0＝3V，U＝－4I0＋3V，如图2所示，图线的交点纵、横坐标分别为U≈1.5V，I0≈0.38A，P＝UI0＝0.57W，P总＝nP＝4×0.57W＝2.28W.
[答案]
（1）见解析图1
（2）0.44 （3）4 2.28
以本实验为背景，可以通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性等特点．本实验的创新改进之处主要集中在两点：
1．数据处理方式的改进：
采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．
2．被测元件的变更：
探究其他元件的伏安特性或其电阻随温度变化的规律．
（2017·石家庄模拟）为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3mA的电流表，E1为电动势为1.5V、内阻约为1Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关．
（1）实验室中提供的滑动变阻器有两个：
RA（0～150Ω），RB（0～500Ω），本实验中滑动变阻器R1应选用________（选填“RA”或“RB”）．
（2）完成下面实验步骤：
①调节温度，使Rt的温度达到t1；
②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；
③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；
④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律．
（3）现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示．把该电阻与电动势为3.0V、内阻不计的电源E2，量程为3.0V的理想电压表V（图中未画出）和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”．若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________（选填“a、b”或“b、c”）两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75Ω，则电压表刻度盘2.0V处对应的温度数值为________℃.
[解析]
（1）由电源的电动势为1.5V，电流表量程为3mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500Ω，故滑动变阻器选择RB.
（2）实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0.
（3）由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝（100＋t）Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0V时，Rt＝150Ω，解得t＝50（℃）．
[答案]
（1）RB
（2）②R1 ③R2 R0 （3）b、c 50
本实验虽是探究某电阻随温度变化的规律，但核心还是等效法测电阻，只要弄清测量方法和原理，结合其他电路知识就能解决．解决创新实验，考生克服恐惧心理很关键．
1.
在描绘小电珠的伏安特性曲线时，采用如图所示电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是（ ）
A．小电珠中灯丝已烧断
B．滑片接触不良
C．小电珠内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
解析：
选C.由题图知，移动滑片时，因电流表示数有变化，故和电流表串联的回路中不存在断点，故A错．若滑片接触不良，电路中不可能有电流，故B错．若滑动变阻器A端接触不良，滑片移动时电流表和电压表读数均变化，故D错．若小电珠内短路则小电珠两端电压为零，电压表指针不动，移动滑片时，只有电流表示数变化，故选C.
2．（2015·高考浙江卷）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．
甲
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①、②、③、④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）实验电路图如图所示．
（2）电流表量程为0.6A，每一小格代表0.02A，读数时估读到精度的本位即可；电压表量程为3V，每一小格代表0.1V，读数时估读到精度的下一位．读数分别为：
①0.10A、②0.24A、③2.00V、④0.27V．应用R＝
求电阻时，电流为0.10A时对应的电压为0.27V；电流为0.24A时对应的电压为2.00V，求得的两组数据对应的电阻分别为2.7Ω和8.3Ω.
答案：
（1）如解析图所示
（2）0.10A 0.24A 2.00V 0.27V
2．7（±0.1）Ω 8.3（±0.1）Ω[如填为8.3（±0.1）Ω
2．7（±0.1）Ω也行]
3．（2015·高考山东卷）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U－I关系图线．
甲 乙
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）．
解析：
（1）滑动触头向下移动，RL变小，RL与R并联后的总电阻R总变小，由于电路连接恒流源，根据U＝I0R总可得电压表示数减小．
（2）由
（1）问中两电阻并联可得U＝（I0－I）R，从题图乙知，电压U＝0时，I0＝I＝1.0A；I＝0时，R＝
＝20Ω.
（3）PL＝UI＝20（1.0－I）·I＝5－20
，所以当I＝0.5A时，RL消耗的功率最大为5W.
答案：
（1）减小
（2）1.00（0.98、0.99、1.01均正确） （3）5
4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3V，1.5W”的小灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：
A．直流电源3V（内阻可不计）
B．直流电流表0～600mA（内阻约为0.5Ω）
C．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ）
D．滑动变阻器（10Ω，1A）
E．滑动变阻器（1kΩ，300mA）
F．开关、导线若干
（1）本实验中滑动变阻器应选用________（选填“D”或“E”）．
（2）下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图甲所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线．
（3）如图乙所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5Ω的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4V的电路中，每个小灯泡的实际功率为________W.
解析：
（1）实验中需测量多组数据，滑动变阻器用分压式接法，为了调节方便，滑动变阻器用阻值较小的，故选D.
（2）描点画图，如图所示．
（3）设小灯泡两端的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：
U0＝U＋2IR0，所以U＝－2R0I＋U0，代入数据得U＝－10I＋4，在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出该直线，其交点（1.0，0.3）即为小灯泡的实际电压、电流值，可得小灯泡消耗的实际功率P＝UI＝0.3W.
答案：
（1）D
（2）见解析图 （3）0.3
5．（2016·高考江苏卷）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10Ω，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S1，先将开关S2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S2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0～100mA，内阻约2Ω
B．量程0～0.6A，内阻可忽略
（2）实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω，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R－t图线．
由图线求得R随t的变化关系为R＝________Ω.
解析：
（1）电路中的最大电流可能为I＝
A＝150mA，因此选用A.
（2）要将电阻箱的电阻值由9.9Ω调为10.0Ω，应先将a旋钮由“0”旋转至“1”，再将c由“9”旋转至“0”，再将b由“9”旋转至“0”，因此顺序为①③②（或①②③）．
（3）由作出的图线可知，电阻R与时间t的关系为
R＝8.8＋
t（Ω）＝8.8＋0.04t（Ω）．
答案：
（1）A
（2）①③②（或①②③） （3）如图所示
0．04t＋8.8（0.04t＋8.6～0.04t＋9.0都算对）
6．要测绘一个标有“3V 0.6W”小电珠的伏安特性曲线，小电珠两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．已选用的器材有：
电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；
电键一个、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20Ω，额定电流1A）
B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）
（2）实验的电路图应选用下列的图________（填字母代号）．
（3）实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小电珠接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小电珠消耗的功率是________W.
解析：
（1）测绘小电珠的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的A.
（2）因为小电珠两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法．电珠的电阻R＝
＝15Ω，额定电流I＝
＝0.2A，由R＝15Ω<
＝
Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B.
（3）在小电珠的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个小电珠供电时的电压和电流，此时P电珠＝IU＝0.10×1.0W＝0.1W.
答案：
（1）A
（2）B （3）0.1
7．某学习小组拟研究一个标有“3.6V，1.8W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
①电流表A，量程0～0.6A，内阻约为0.2Ω；
②电压表V，量程0～15V，内阻约为15kΩ；
③滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；
④学生电源E，电动势为4V，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Ig＝100μA、内阻Rg＝1000Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5V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：
I1（A）
0
0.19
0.30
0.37
0.43
0.46
0.48
0.49
I2（μA）
0
10
20
30
40
50
60
70
请在图丙中的坐标纸上画出I1－I2图线．
（4）若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E＝3.0V，内阻r＝1.5Ω，定值电阻R0＝4.5Ω.（结果保留两位有效数字）
解析：
（1）如图所示
（2）设需要串联的电阻阻值为Rx，则有Ig（Rg＋Rx）＝5V，代入数据可得Rx＝49000Ω.
（4）将定值电阻R0看做该电源的内阻的一部分，则内阻r′＝6Ω，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图象如图所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32A，电压约为1.1V，所以该小电珠消耗的功率约为P＝0.32×1.1W≈0.35W.
答案：
（1）见解析图
（2）49000 （3）如图所示
（4）0.35
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