全国通用2018年高考物理考点一遍过专题42实验：描绘小电珠的伏安特性曲线含解析2017110231.doc

专题42 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线1实验器材：小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。2实验数据处理：（1）在坐标纸上以U（自变量）为横轴，I（因变量）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，就得到伏安特性曲线。3实验注意事项：（1）由于小灯泡灯丝的电阻较小，电流表一般采用外接法。（2）要作出IU图象，需测出多组电压和电流的数据，甚至要求电压从零开始变化，故控制电路的滑动变阻器应采用分压式接法。（3）电压表或电流表的量程应达到用电器的额定电流，作出的图线才能用来分析计算额定功率。（4）电压表或电流表的指针应该能偏转到满刻度的以上。4误差分析：（1）电压表和电流表读数产生的偶然误差。（2）电流表采用外接法时，由于电压表分流，使电流表的测量值大于真实值时产生的系统误差。（3）在坐标纸上描点、作图时产生的偶然误差。在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，使用的小灯泡标有“2.5 V，0.75 W”，其他可供选择的器材有：A电压表V1（量程3 V，内阻约3 k）B电压表V2（量程15 V，内阻约15 k）C电流表A1（量程3 A，内阻约0.2 ）D电流表A2（量程0.6 A，内阻约1 ）E滑动变阻器R1（01 k，0.5 A）F滑动变阻器R2（010 ，2 A）G电源E（6 V）H开关S及导线若干（1）实验中电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。（请填写器材前面的字母代码）（2）画出实验电路原理图。【参考答案】（1）A D F （2）如图【详细解析】（1）根据小灯泡规格“2.5 V，0.75 W”可知，电压表应选A，电流表应选D；由于实验要求电压从零调节，滑动变阻器应采用分压式接法，选择总电阻小的F。（2）由于小灯泡电阻较小，电流表采用外接法。【名师点睛】描绘伏安特性曲线问题的关键是实验电路图的设计：（1）电流表和滑动变阻器的连接，一般采用分压外接电路。（2）要使电流表和电压表的量程与测量范围相当，如果相差较大，就要考虑改装电表扩大量程。1在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，某同学先用多用电表的250 mA挡测量通过小灯泡的电流。（1）图甲电路中，多用电表的两表笔需连接到a、b两处，黑表笔应接_（填“a”或“b”）。（2）将得到的数据记录在表格中，当电源为1.50 V时，对应的多用电表指针指示如图乙所示，其读数为_mA。（3）由于长期使用多用电表，表内电池的电动势会降低，则（2）的读数会_（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。（4）该同学描绘出的IU图象应是下图中的_。【答案】（1）b （2）174 （3）不变 （4）B 如图甲所示是某同学探究热敏电阻阻值随温度变化的规律时设计的电路图。（1）根据电路图，在图乙的实物上连线。（2）通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而_。（3）他将这个热敏电阻接入如图所示的电路中，已知电源电压为9 V，R1=30 ，内阻不计的电流表读数为500 mA，则R2的阻值为_。【参考答案】（1）如图所示 （2）减小 （3）25 【详细解析】（1）根据实验原理图连接实物图，电压表使015 V量程；电流表使用00.6 A量程，采用外接法；滑动变阻器采用分压式接法。（2）由伏安特性曲线可知，随温度升高，即电流增大，IU图线的斜率增大，即电阻减小。（3）通过R1的电流，则通过热敏电阻的电流，由IU图象可知，此时热敏电阻两端的电压为4 V，则。【名师点睛】电阻元件一般分为导体（金属、合金、石墨等）和半导体（热敏电阻、二极管等）两类，在IU图中，导体的伏安特性曲线向上凸（电阻随温度升高而增大），半导体的伏安特性曲线向下凸（电阻随温度升高而减小）。1二极管是一种半导体元件，其特点是具有单向导电性，即电流从正极流入时电阻比较小，而从负极流入时电阻比较大。（1）某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线，因二极管外壳所印的标识模糊，为判断该二极管的正、负极，他们用多用电表欧姆挡测二极管的正、反向电阻。其步骤是：将选择开关旋至合适倍率，进行欧姆调零，将黑表笔接触二极管的左端，红表笔接触右端时，指针偏角比较小；然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量，指针偏角比较大，由此判断_（填“左”或“右”）端为二极管的正极。（2）厂家提供的二极管的伏安特性曲线如图。为了验证厂家提供的数据，该小组对加正向电压时的伏安特性曲线进行了描绘，实验室提供的器材有： A直流电源（电动势5 V，内阻不计）B直流电源（电动势3 V，内阻不计）C滑动变阻器（020 ）D电压表（量程3 V，内阻约500 k）E电压表（量程45 V，内阻约200 k）F电流表（量程300 A，内阻约40 ）G电流表（量程50 mA，内阻约5 ）H开关一只，导线若干为了提高测量的准确度，选用的器材有_，并在虚线框内画出正确的实验电路原理图。【答案】（1）右 （2）BCDGH 如图（2）由正向电压的伏安特性曲线可知，电源电动势3 V即可，选B；电压表选量程为3 V的D；电流表选量程为50 mA的G；还需要C和H，故所选器材为BCDGH。加正向电压时，二极管电阻较小，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压接法。在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡规格为“3.8 V，0.3 A”。除开关、导线外，实验室还提供了如下器材：电压表V（量程05 V，内阻约5 k）电流表A1（量程0500 mA，内阻约0.5 ）电流表A2（量程0100 mA，内阻约4 ）滑动变阻器R1（010 ，允许通过最大电流为2.0 A）滑动变阻器R2（0100 ， 允许通过最大电流为1.0 A）直流电源E（电动势约为6 V，内阻约0.5 ）（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，完成实验电路的连接。（3）实验得到的伏安特性曲线如图乙所示。再将被测小灯泡与个电动势为1.5 V，内阻为5 的电源连接组成闭合回路，则通过小灯泡的电流_A。【参考答案】（1）A1 R1 （2）如图所示 （3）0.140.15【详细解析】（1）灯泡的额定电流为0.3 A，故电流表选择A1；因实验要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法，选择总电阻小的R1。（2）控制电路采用分压接法，测量电路采用外接法。（3）接在电动势为1.5 V，内阻为5 的电源两端时，根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir，代入数据可得I=0.2U+0.3，在IU图象中作出该图线，如图所示，两图线的交点即为工作点，灯泡工作时的电流为0.15 A。【名师点睛】描绘伏安特性曲线的实验中，元件的伏安特性往往是非线性的，即电阻是变化的，在不知道具体的电阻变化规律或IU图线函数时，无法根据欧姆定律列式求解元件的工作状态参量。所以用图象分析的方法，在伏安特性曲线坐标系中，作出电源或等效电源的IU图线，该图线表示外电阻变化时干路电流和路端电压的关系。两图线的交点就既满足元件的伏安特性，又满足在等效电源下工作的情况，故该交点即元件的实际工作点。1一只小灯泡，额定功率为0.75 W，额定电压值已模糊不清。甲小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3 ，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压；乙小组同学认为甲小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计了一个电路，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制灯泡的伏安特性曲线，进而找到灯泡的额定电压。A电压表V（量程3 V，内阻约3 k）B电流表A1（量程1.5 A，内阻约0.02 ）C电流表A2（量程0.5 A，内阻约0.6 ）D滑动变阻器R1（010 ）E滑动变阻器R2（0100 ）F电源E（电动势4.0 V，内阻不计）G开关S和导线若干（1）上述器材中，电流表应选_（填“A1”或“A2”），滑动变阻器应选_（填“R1”或“R2”）；画出乙小组的实验电路原理图。（2）当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开关，并将所测数据记录在下面表格中。请你根据表中数据在坐标格中作出灯泡的UI图线次数1234567U/V0.200.601.001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310（3）由图象得出该灯泡的额定电压应为_V；显然这一结果大于1.5 V，究其原因是_。【答案】（1）A2 R1 如左图 （2）如右图 （3）2.5（2.42.6） 灯泡电阻随温度升高而变大 （3）当电压为2.5 V时，电流为0.3 A，此时电功率为P=0.75 W，等于额定功率，故额定电压为2.5 V；显然这一结果大于1.5 V，究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而变大。1在学校实验室中测绘一只“2.5 V，0.5 W”小灯泡的伏安特性曲线，采用的电路如图所示。实验室备有下列实验器材：A电压表V（量程03 V，内阻约为15 k）B电流表A（量程00.6 A，内阻约为10 ） C变阻器R1（010 ，0.6 A）D变阻器R2（02 000 ，0.1 A） E电池组E（电动势为3 V，内阻约为0.3 ） F开关S，导线若干 （1）实验中应选用的滑动变阻器为_（填写序号）。 （2）电流表示数与小灯泡中的电流相比_填“偏大”、“偏小”或“相等”。（3）若IU图象中的虚线或表示小灯泡真实的伏安特性曲线，与实验中得到的实线相比，虚线_ （填“”或“”）才是其真实的伏安特性曲线。2某研究性学习小组为了探究灯丝电阻与温度的关系，设计并完成了有关实验，以下是实验中可供选择的器材：A待测小灯泡（额定功率6 W，额定电流0.5 A）B电流表（00.6 A，内阻约0.1 ）C电压表（05 V，内阻约5 k）D电压表（015 V，内阻约15 k）E滑动变阻器（050 ，1.5 A）F滑动变阻器（01 000 ，0.1 A）G直流电源（电动势15 V，内阻可忽略）H开关一个、导线若干（1）实验中调节滑动变阻器，小灯泡两端电压可以在零至额定电压范围内变化，从而测出小灯泡在不同电压下的电流，则电压表选_，滑动变阻器选_。（填字母序号）（2）请画出为完成上述实验而设计的电路图。（3）如图所示是该小组测得小灯泡的IU图线，由图可知，小灯泡两端电压为6 V时，电阻为_；现有电动势E=24 V、内阻r=16 的电源一个，学习小组将两个该型号的小灯泡串联接在电源两端，则每个灯泡的实际功率约为_W。（结果保留两位有效数字）3某实验小组用如图所示电路研究太阳能电池的UI图线。（1）根据实验方案，调整好各元件，连接实物，合上开关前各元件不再调整。用笔画线代替导线，将实物图连接完整。（2）实验数据如下表，在UI图中作出图线。U（V）2.62.42.32.22.12.01.91.81.71.61.41.31.10.5I（A）20406080100120140160180200220240260280（3）UI图中已画出的线为某电阻元件的伏安特性曲线，将该电阻直接接到该光电池两端，则电阻的功率为_W。如果考虑到实验电路中电表内阻对电路的影响，则该电阻上的实际功率与测量值相比_（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。4某实验小组要描绘一个标有“3.8 V，1 W”的小灯珠L的RU图线，除导线和开关外，实验室还提供以下器材：A电压表V（量程5 V，内阻约5 k） B直流电源E（电动势4.5 V，内阻不计）C电流表A1（量程150 mA，内阻约2 ） D电流表A2（量程300 mA，内阻约1 ）E滑动变阻器R1（阻值010 ） F滑动变阻器R2（阻值0200 ）（1）为准确测量、方便调节，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_（填写仪器符号）。（2）根据实验数据，计算并描绘出了RU图象，如图甲所示。当所加电压为3.00 V时，实际消耗的电功率为_W。假设灯丝电阻R与其温度t的关系是R=k(t+273)（k为比例系数），室温为27 ，可知该灯珠正常发光时，灯丝的温度约为_。（3）小灯珠的电功率P随电压U变化的图象及其伏安特性曲线可能分别是图乙中的_。A和 B和 C和 D和5为描述“220 V 100 W”白炽灯的伏安特性曲线，提供的器材有：白炽灯、调压变压器，22 V交流电源，交流电压表（量程300 V、内阻300 k），交流电流表（量程0.6 A、内阻0.15 ），开关，导线若干。（1）如图（a）所示是调压变压器的构造图，在圆环形的铁芯上只绕一个线圈。如果将220 V交流电接在变压器的A、B端，测量电路接在B、P端。该变压器用作_（填“升压”或“降压”）变压器。（2）为使在额定电压下测得的实验数据的误差尽量小，请在图（b）中完成该测量电路原理图的连线。在电路接通之前，应将调压变压器的滑动触头P移动至_（选“A”或“B”）端，并且将滑动变阻器的滑片移动至_（填“a”或“b”）端。（3）根据测量结果描绘出白炽灯的伏安特性曲线如图（c）所示。若将两个“220 V 100 W”的白炽灯串联后接入如图（d）所示的交流电路中，已知R1=1 k，R2=10 k，n1=200，n2=400，则通过白炽灯的电流为_A，电阻R1消耗的功率为_W。（结果保留两位有效数字）6（2017新课标全国卷）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V（量程3 V，内阻3 k）；电流表A（量程0.5 A，内阻0.5 ）；固定电阻R0（阻值1 000 ）；滑动变阻器R（阻值09.0 ）；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03.8 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。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 ）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）7（2016天津卷）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了开关、导线外，还有：电压表V1（量程03 V，内阻等于3 k）电压表V2（量程015 V，内阻等于15 k）电流表A1（量程0200 mA，内阻等于10 ）电流表A2（量程03 A，内阻等于0.1 ）滑动变阻器R1（010 ，额定电流2 A）滑动变阻器R2（01 k，额定电流0.5 A）定值电阻R3（阻值等于1 ）定值电阻R4（阻值等于10 ）定值电阻R5（阻值等于1 k）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_。8（2015浙江卷）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。（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中的所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V。所示读数为：_。两组数据得到的电阻分别为_和_。9（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3 k）、电流表（内阻约为1 ）、定值电阻等。（1）使用多用电表粗测元件X的电阻。选择欧姆“×1”挡测量，示数如图（a）所示，读数为_。据此应选择图_（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UI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 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3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，可得E=_V，r=_（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电表）。 1（1）C （2）偏大 （3）【解析】（1）滑动变阻器采用分压接法，应选择总电阻小的C。（2）电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流的测量值偏大。 （3）由（2）可知，在相同电压情况下，灯泡实际电流比测量值偏小，因此是真实的伏安特性曲线。2（1）D E （3）如图 （3）15 3.8（3）当电压为6 V时，电流为0.40 A，小灯泡电阻；设与电源连接后，每个小灯泡的电压为U，则电源路端电压为2U，由闭合电路欧姆定律有E=2U+Ir，即I=1.50.125U，在小灯泡的伏安特性曲线坐标系中画出该图线，如图所示。交点坐标约为(8.5 V，0.45 A)，故每个小灯泡的实际功率约为8.5×0.45 W=3.8 W。3（1）如左图 （2）如右图 （3）3.1×104 偏大【解析】（1）根据电路原理图连接实物图。（2）根据表中数据描点，用曲线作图。（3）两图线的交点即为该电阻两端的电压和电流，电功率。实验电路中，电压表测量的是电池两端电压，而由于电压表分流，电流表测量的不是干路电流，电流的测量值比实际电流小，即实际图线应在所作图线的右侧，与电阻的伏安特性曲线交点会向右上方移动，实际功率比测量值大。4（1）A2 R1 （2）0.78 2 327 （3）C则1.5=k(27+273)，可得k=0.005 (/)，当小灯珠正常发光时，其两端电压为3.8 V，电阻为13 ，则可得温度t=2 327 °C。（3）由P=UI，PU图线的斜率为电流I，即RU图线斜率的倒数，则PU图象可能是；随U增大，R增大，则伏安特性曲线的斜率倒数，即电阻R增大，伏安特性曲线的斜率减小，故IU图象可能是；故选C。5（1）降压 （2）A b 如图 （3）0.24 68【解析】（1）由图可知，输入端将全部线圈均接入，而输出端只接入了一部分线圈，则输出电压一定小于输入电压，故为降压变压器。（2）应将P调到A端，接入220 V电压，使白炽灯能正常工作，通过调节滑动变阻器调节白炽灯的分压，还可以调节P减小电压，故本实验不需要采用分压接法，应采用限流接法，滑动变阻器滑动初始时应在b端；灯泡正常工作时电阻约为，故电流表采用内接法。（3）根据变压器原理可知，输出电压U2=440 V；设白炽灯电压为U，电流为I，则根据欧姆定律可得，代入数据整理有I=0.440.002 2I；在白炽灯的伏安特性曲线图中作出对应的图象，如图所示，则交点即为工作点，电流I=0.24 A，电压U=90 V；R1两端电压为260 V，消耗的电功率。6（1）如图所示 （2）增大 增大 （3）0.39 1.18（2）由IU图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律知，电阻率增大。（3）当滑动变阻器的阻值为9 时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时由E0=U+I(r+R)得I=0.1U+0.4，在图中作出该直线如左图所示，交点坐标约为U=1.75 V，I=0.225 A，P1=UI=0.39 W；当滑动变阻器的阻值为0时，灯泡消耗的功率最大，作图线I=U+4，此时交点坐标为U=3.70 V，I=0.32 A，如右图所示，最大的功率P2=UI=1.18 W。7（1）如图 （2）B（2）小灯泡灯丝的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的IU图线应该是B。8（1）如图 （2）0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.25 V 8.3 2.5 （2.5 8.3 也可）【解析】（1）由实物图可知，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法。（2）的读数为0.10 A；的读数为0.24 A；的读数为2.00 V，的读数为0.25 V。灯泡两端电压小时，电流也小，故为一组数据，为一组数据，故得到的电阻分别为和。9（1）10 b （2）增大 （3）Y （4）3.2 0.50（3）由图（d），X对应的UI图线为直线，Y对应的UI图线为曲线，即Y是非线性元件。（4）由图（d），当线性元件X两端电压为3.00 V时，对应电流为0.30 A，电压为1.00 V时，对应电流为0.10 A，根据闭合电路欧姆定律有E=3+0.3r=1+0.1(21+r)，解得E=3.15=3.2 (V)，r=0.50 ()。22