高考物理一轮复习第七章实验描绘小灯泡的伏安特性曲线备考精炼

57 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线
[方法点拨] (1)本实验要求电压必须从0开始变化，所以滑动变阻器要用分压式接法．(2)仪器选择要首先保证安全，其次是保证精确，再次是操作简便，若选不到理想的仪器，其中几个相比较，选较好的．1．(2020·盐城中学第三次模拟)某研究性学习小组的同学们设计了描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验，待测小灯泡的额定电压为3.8 V．要求测量结果尽量精确，并绘制出小灯泡两端电压在0～3.8 V范围内完整的伏安特性曲线．
(1)若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求，则在如图1所示的两种实验方案中，应选择____图所示电路进行实验．(选填“甲”或“乙”)
图1
(2)若实验中只提供了量程为3 V，内阻为3 000 Ω的电压表V1，为了绘制完整的伏安特性曲线，需要将电压表V1改装成量程为4 V的电压表V2，则应将电压表V1________(选填“串联”或“并联”)一个阻值为________ Ω的定值电阻，才能实现改装的要求．
(3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示，根据这个曲线，同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系，或与通过其电流的关系，猜想出了如图所示的关系图象，其中可能正确的是______．(选填选项下面的字母序号)
图2
(4)某同学将该小灯泡接在一个电动势为3.0 V、内阻为5.0 Ω的电源上，组成一个闭合电路，则此时该小灯泡的实际功率约为______W．(保留2位有效数字)
2．(2020·如东县质量检测)某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的器材如下：
待测小灯泡(2.5 V,1.25 W)
电源(电动势3 V，内阻不计)
电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω；0～3 A，内阻约0.025 Ω)
电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ；0～15 V，内阻约15 kΩ)
单刀单掷开关及导线若干
(1)为了减小误差，在本实验中电流表应选用0～____ A量程；电压表应选用0～________ V量程．
(2)如图3是本实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，为了满足实验要求并尽可能减小误差，请补充完成实物图间的连线．
图3
3．为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图4所示的实验电路，已知小灯泡的规格为“12 V,5 W”．
图4
(1)闭合开关前，应将电路图中的滑动变阻器的滑片移到________(填“a”或“b”)端．根据连接好的实物图，调节滑动变阻器，记录多组电压表和电流表的读数，作出的I－U图线如图5甲中实线所示，由图线分析可知，小灯泡的电阻随温度的升高而________(填“增大”或“减小”)．若某次电流表的示数如图乙所示，则此时小灯泡的功率为________W(保留两位有效数字)．
图5
(2)若I－U图象中的虚线Ⅰ或Ⅱ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“Ⅰ”或“Ⅱ”)才是其真实的伏安特性曲线．
4．某物理学习小组拟用下列器材研究小灯泡L两端的电压与通过它的电流的关系曲线．
A．小灯泡L(4.0 V,0.7 A)
B．电流表A(0～0.6 A，内阻为0.2 Ω)
C．电压表V(0～3 V，内阻为9 kΩ)
D．标准电阻R1＝1 Ω
E．标准电阻R2＝3 kΩ
F．滑动变阻器R(0～10 Ω)
G．学生电源(电动势E＝6 V，内阻不计)
H．开关一个，导线若干
(1)为了准确描绘出小灯泡L较完整的U－I曲线，请在图6甲虚线框内画出实验电路图．
图6
(2)该学习小组同学正确进行实验操作，并处理实验数据后，描点作图得到了如图乙所示的小灯泡L的U －I图线．某次实验中得到的电压表示数如图丙所示，电压表示数为________V，此时小灯泡的电阻约为________ Ω(保留两位有效数字)．由小灯泡L的U－I图线可知小灯泡L的电阻随电流I的增大而
________(填“增大”“不变”或“减小”)．
(3)若将此小灯泡L与定值电阻R0＝4 Ω串联后接在电动势为4.0 V、内阻为1.0 Ω的蓄电池组两端，则小灯泡的实际功率约为________W(保留两位有效数字)．
答案精析
1．(1)甲 (2)串联 1 000 (3)AB (4)0.36～0.42
解析 (1)由于小灯泡两端的电压需要从0开始测量，故滑动变阻器需要采用分压式接法，则题图甲电路是正确的；(2)原电压表的量程为3 V ，改装后的电压表的量程为4 V ，故1 V 的电压差需要用一个电阻串
联分压获得，该电阻的阻值为1 000 Ω；(3)根据P ＝U 2R 可知，U 2＝RP ，即在U 2－P 图象中，斜率为R ，因为随着电压的增大，灯泡的电阻是增大的，故U 2－P 图象的斜率也是增大的，故选项A 正确，C 错误；根
据P ＝I 2R 可知，I 2＝1R ·P，即在I 2－P 图象中，其斜率为1R
，当电阻增大时，其倒数减小，故I 2－P 图象的斜率在变小，故选项B 正确，D 错误；(4)在同一坐标系中，作出电源的I －U 图线，其与灯泡的伏安特性曲线的交点即为灯泡两端的电压和电流，故小灯泡的实际电功率为P ＝2.0×0.19 W＝0.38 W.
2．(1)0.6 3 (2)如图所示
解析 (1)根据小灯泡规格“2.5 V,1.25 W”可知，小灯泡的额定电压U ＝2.5 V ，额定电流I ＝P U ＝1.252.5
A ＝0.5 A ，因此电流表应选“0～0.6 A”量程，电压表应选“0～3 V”量程；
(2)因为实验要求小灯泡两端电压及通过小灯泡的电流从0开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；小灯泡阻值较小，电流表应采用外接法，如图所示．
3．(1)a 增大 2.4 (2)Ⅱ
解析 (1)开始时应使测量电路两端的电压为零，故开关闭合前应将滑动变阻器滑片移到a 端；由题图甲可知图象的斜率越来越小，则说明电阻越来越大，小灯泡的电阻随温度的升高而增大；由电流表示数可知，电流大小为0.40 A ，则由题图I －U 图象可知，电压为6.0 V ，故灯泡功率P ＝UI ＝6×0.40 W＝2.4 W ；
(2)由于电流表采用外接法，电压表分流使电流表示数偏大，而电压表示数是准确的，故Ⅱ为真实的图象．4．(1)见解析图
(2)2.70 5.3(5.2也可) 增大(3)0.79(0.75～0.83均可)
解析(1)要准确描绘小灯泡的U－I曲线，小灯泡两端电压要从0开始调节，所以滑动变阻器采用分压接法；又因小灯泡的额定电压为4.0 V，额定电流为0.7 A，而电压表量程为3.0 V，电流表量程为0.6 A，所以要描绘完整曲线，必须把电压表、电流表的量程扩大，由串并联规律知，可将电压表与标准电阻R2
＝3 kΩ串联改装为量程为4 V的电压表，将电流表与标准电阻R1＝1 Ω并联改装成量程为0.72 A的电流表；因改装后的电压表内阻远大于小灯泡电阻，所以电流表采用外接法，实验电路如图a.
(2)由题图丙电压表指针位置可知此时电压表示数为2.70 V，则改装电压表两端的电压，即小灯泡两端的
电压为U＝3.60 V，由题图乙知此时通过小灯泡的电流约为0.68 A，由R＝U
I
得此时小灯泡L的电阻约为
5.3 Ω.
(3)令小灯泡两端电压为U，通过的电流为I，由闭合电路欧姆定律知E0＝U＋I(R0＋r0)，即U＝4－5I，在题图乙坐标系中作图线，如图b所示，此时两条图线的交点坐标为(0.45 A,1.75 V)，所以小灯泡此时的实际功率为P＝1.75×0.45 W≈0.79 W.
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．在如图所示电路中，A1与A2是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略。

下列说法中正确的是（）
A．合上电键S接通电路时，A1先亮，A2后亮，最后一样亮
B．合上电键S接通电路时，A1和A2始终一样亮
C．断开电键S切断电路时，A2立刻熄灭，A1过一会儿才熄灭
D．断开电键S切断电路时，A1和A2都要过一会儿才熄灭
2．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω．闭合开关S后，标有“8V，12W”的灯泡恰能正常发光。

电动机M线圈的电阻R0＝4Ω，则下列说法正确的是（）
A．电源的输出功率为14W
B．流过电机的电流为1A
C．电机输出功率为3W
D．通电5秒钟电机产生80J的热
3．如图所示，真空中位于x轴上的两个等量负点电荷，关于坐标原点O对称。

下列关于E随x变化的图像正确的是
A．B．
C．D．
4．物体以初速度V0沿粗糙斜面向上滑行，达到最高点后自行返回原点，在这一过程中，物体的速度—时间图线是：（）
A．B．
C．D．
5．如图所示，一理想变压器由一个原线圈和两个副线圈组成，匝数比n1：n2：n3=3：2：1，a、b端接正弦交流电，电路中电阻R1=R2=R3，其余电阻均不计。

若R3消耗的功率为P，则R1消耗的功率为
A．9P B．P
C．P D．P
6．如图所示，固定在水平面上的光滑斜面倾角为，质量分别为、的两个物体A、B通过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧，斜面底端有一与斜面垂直的挡板.开始时用手按住物体A，此时A与挡板的距离为，B静止于地面，滑轮两边的细绳恰好伸直，且弹簧处于原长状态.已知，空气阻力不计.松开手后，关于二者的运动下列说法中正确的是（）
A．A和B组成的系统机械能守恒
B．当A的速度最大时，B与地面间的作用力为零
C．若A恰好能到达挡板处，则此时B的速度为零
D．若A恰好能到达挡板处，则此过程中重力对A做的功等于弹簧弹性势能的增加量
二、多项选择题
7．1971年，屠呦呦等获得了青蒿乙醚提取物结晶，研究人员通过X射线衍射分析确定了青蒿素的结果，X射线衍射是研究物质微观结构的最常用方法，用于分析的X射线波长在0．05nm～0．25nm范围之间，因为X射线的波长_________（选填“远大于”、“接近”或“远小于”）晶体内部原子间的距离，所以衍射现象明显．分析在照相底片上得到的衍射图样，便可确定晶体结构．X射线是_________（选填“纵波”或“横波”）．
8．在实验室中用螺旋测微器测量金属丝的直径，螺旋测微器的读数部分如图甲所示，由图可知，金属丝的直径为_______mm，某改进型游标卡尺，当两脚并拢时主尺刻度（上）与游标尺刻度（下）如图乙所示，主尺单位为cm，当测量某物体长度时，如图并所示，则该物体长为_________cm。

9．如图所示，用光滑的粗铁丝做成一直角三角形，BC边水平，AC边竖直，∠ABC=β，∠A=α，AB及AC 两边上分别套有细线系着的铜环M、N，当它们静止时，细线跟AB所成的角γ，跟AC所成的角大小为θ（细线长度小于BC）则（）
A．γ=β
B．
C．
D．
10．在某一稳定轨道运行的空间站中，物体处于完全失重状态。

如图所示的均匀螺旋轨道竖直放置，整个轨道光滑，P、Q点分别对应螺旋轨道中两个圆周的最高点，对应的圆周运动轨道半径分别为R和r（R＞r）。

宇航员让一小球以一定的速度v滑上轨道，下列说法正确的是（）
A．如果减小小球的初速度，小球可能不能到达P点
B．小球经过P点时对轨道的压力小于经过Q点时对轨道的压力
C．小球经过P点时比经过Q点时角速度小
D．小球经过P点时比经过Q点时线速度小
三、实验题
11．（1）某同学用多用电表的欧姆挡来测量一电阻阻值，先将选择开关旋至倍率“×10”挡，红、黑表笔短接调零后进行测量，结果发现欧姆表指针如图所示，则此电阻的阻值为______Q.
（2）实验桌上放着晶体二极管、电阻、电容器各一只，性能均正常，外形十分相似，现将多用电表转换开关拨到电阻“×100”挡，并重新进行欧姆调零后，分别测它们的正负电阻加以鉴别：
测甲元件时，R正=R反=0.5kΩ；
测乙元件时，R==0.5kΩ，R反=100kΩ；
测丙元件时，开始指针偏转到0.5kΩ，接着读数逐渐增加，最后停在表盘最左端.
则甲、乙、丙三个元件分别是________.
A．电容器、电阻、二极管 B．电阻、电容器、二极管
C．电阻、二极管、电容器 D．二极管、电阻、电容器
12．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。

松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作。

求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?
四、解答题
13．A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶。

当B车在A车前84 m处时，B车速度为4 m/s，且正以2 m/s2的加速度做匀加速运动；经过一段时间后，B车加速度突然变为零。

A车一直以20 m/s的速度做匀速运动。

经过12 s后两车相遇。

问B车加速行驶的时间是多少？
14．如图甲所示，相距为L的光滑平行金属导轨水平放置，导轨的一部分处在垂直于导轨平面的匀强磁场中，OO’为磁场边界，磁感应强度为B，导轨右侧接有定值电阻R，导轨电阻忽略不计，OO’左侧和右侧的金属导轨都是足够长，在距OO’也为L处垂直于导轨放一质量为m、电阻不计的金属杆ab。

（1)若ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动。

其v-x的关系图象如图乙所示，ab杆在L到3L的运动过程中，做的是什么运动？
（2）若ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动。

其v一x的关系图象如图乙所示，v1和v2均为己知，在此过程中电阻R上产生的电热Q1是多少？ab杆在离开磁场前瞬间的加速度为多少？
（3）若ab杆固定在导轨上的初始位置，磁场按B t=B cosωt的规律由B减小到零（该过程中穿过线圈磁通量的变化规律与线圈在磁场中以角速度ω由中性面匀速转动时的磁通量变化规律相同，且都能在回路中产生正弦交流电），在此过程中电阻R上产生的电热为Q2，求ω的大小。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 D C A A B B
二、多项选择题
7．见解析见解析
8．920 0.12
9．CD
10．BC
三、实验题
11．（1）260 （2）C
12．6W 0.96W
四、解答题
13．6s
14．（1）匀变速直线运动；（2）；（3）
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2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．通常我们把太阳系中行星自转一周的时间称为“1天”,绕太阳公转一周的时间称为“1年”。

与地球相比较,金星“1天”的时间约是地球“1天”时间的243倍。

由此可知( )
A．金星的半径约是地球半径的243倍
B．金星的质量约是地球质量的243倍
C．地球的自转角速度约是金星自转角速度的243倍
D．地球表面的重力加速度约是金星表面重力加速度的243倍
2．如图所示，真空中两块平行金属板与电源连接，A板与地连接，将一个带电粒子在A板处释放，不计重力，已知带电粒子的图像如图所示，则B板的电势变化规律可能是（）
A．B．
C．D．
3．空间存在着平行于x轴方向的静电场，O、A、B、C为x轴上的点，沿x轴方向上在OC间的电势φ随x的变化规律为如图所示的直线，则
A．C点的电场强度一定为零
B．电场强度方向沿x轴正方向
C．该电场是由负点电荷激发产生的
D．带负电的试探电荷在A处的电势能大于在B处的电势能
4．如图所示，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直纸面放置，直导线与纸面的交点及坐标原点O分别位于边长为a的正方形的四个顶点.L1与L3中的电流均为2、方向均垂直纸面向里，L2中的电流为、方向垂直纸面向外.已知在电流为的长直导线的磁场中，距导线r处的磁感应强度，其中k为常数.某时刻有一电子正好经过原点O且速度方向垂直纸面向外，速度大小为v，电子电量为e，则该电子所受磁场力
A．方向与y轴正方向成45°角，大小为
B．方向与y轴负方向成45°角，大小为
C．方向与y轴正方向成45°角，大小为
D．方向与y轴负方向成45°角，大小为
5．如图甲所示的陀螺可在圆轨道的外侧旋转而不脱落，好像轨道对它施加了魔法一样，被称为“魔力陀螺”，该玩具深受孩子们的喜爱。

其物理原理可等效为如图乙所示的模型：半径为R的磁性圆轨道竖直固定，质量为m的小球（视为质点）在轨道外侧转动，A、B两点分别为轨道上的最高、最低点。

铁球受轨道的磁性引力始终指向圆心且大小不变，不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g。

下列说法正确的是
A．铁球可能做匀速圆周运动
B．铁球绕轨道转动时机械能不守恒
C．铁球在A点的速度必须大于
D．要使铁球不脱轨，轨道对铁球的磁性引力至少为5mg
6．在粗糙的水平面上，有两个材料完全相同的物体相互接触，如图所示，已知M＞m，第一次用水平力F 由左向右推M，物体间的作用力为N1，第二次用同样大小的水平力F由右向左推m，物体间的作用力为N2，则（）
A．N1＞N2B．N1＜N2
C．N1=N2 D．无法确定
二、多项选择题
7．图甲为一列简谐横波在t＝0.10s时的波形图，P是平衡位置在x＝0.5m处的质点，Q是平衡位置在x ＝2.0m处的质点；图乙为质点Q的振动图象．下列说法正确的是__________．
A．这列波沿x轴正方向传播
B．这列波的传播速度为20m/s
C．从t＝0到t＝0.15s，这列波传播的距离为3m
D．从t＝0.10s到t＝0.15s，P通过的路程为10cm
E.t＝0.15s时，P的加速度方向与y轴正方向相反
8．下列说法中正确的是________．
A．做简谐运动的物体，其振动能量与振幅无关
B．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点
E. 机械波和电磁波都可以在真空中传播
9．如图所示，光滑水平面上静置一质量为m、长为L的长木板B，木板上表面各处粗糙程度相同，一质量为m的小物块A(可视为质点)从左端以速度v冲上木板，当v=v0时，小物块A历时t0恰好运动到木板右端与木板共速。

此过程中A、B系统生热为Q，则( )
A．若v=，A、B相对运动时间为
B．若v=，A、B系统生热为
C．若v=2v0，A经历达木板右端
D．若v=2v0，A、B系统生热为Q
10．如图甲所示，在光滑水平面上，静止一质量M的长木板，质量为m小滑块（可视为质点）放在长木板上．长木板受到水平拉力F与加速度 的关系如图乙所示，重力加速度大小g取10m/s2，下列说法正确的是
A．长木板的质量M＝1kg
B．小滑块与长木板之间的动摩擦因数为0.5
C．当F＝6.5N时，长木板的加速度大小为2.5m/s2
D．当F增大时，小滑块的加速度一定增大
三、实验题
11．如图所示，光滑水平面上的物体B、C静止放置，物体A以速度v0=2m/s向B运动，A、B均为m1=1kg，C质量m2=2kg，且处于同一直线上，A与B碰后粘合在一起，随后AB与C发生弹性碰撞，求：
(1)A、B碰撞后的速度大小。

(2)AB与C发生弹性碰撞后，各物体的速度大小。

12．将三个不同电源的路端电压随干电路电流变化的U﹣l图线画在同一坐标系中，如图所示，其中1和2平行，它们的电动势分别为E1、E2、E3，内阻分别为r1、r2、r3，则它们之间的关系是（）
A．E1＝E2＞E3B．E1＞E2＞E3C．r1＝r2＜r3D．r1＝r2＞r3
四、解答题
13．货车A正在公路上以20 m/s的速度匀速行驶，因疲劳驾驶，司机注意力不集中，当司机发现正前方有一辆静止的轿车B时，两车距离仅有75 m。

（1）若此时轿车B立即以2 m/s2的加速度启动，通过计算判断：如果货车A司机没有刹车，是否会撞上轿车B；若不相撞，求两车相距最近的距离；若相撞，求出从货车A发现轿车B开始到撞上轿车B的时间。

（2）若货车A司机发现轿车B时立即刹车（不计反应时间）做匀减速直线运动，加速度大小为2 m/s2（两车均视为质点），为了避免碰撞，在货车A刹车的同时，轿车B立即做匀加速直线运动（不计反应时间），问：轿车B加速度至少多大才能避免相撞。

14．如图所示，光滑、足够长、不计电阻、轨道间距为l的平行金属导轨MN、PQ，水平放在竖直向下的
磁感应强度不同的两个相邻的匀强磁场中，左半部分为Ι匀强磁场区，磁感应强度为B1；右半部分为Ⅱ匀强磁场区，磁感应强度为B2，且B1=2B2。

在Ι匀强磁场区的左边界垂直于导轨放置一质量为m、电阻为R1的金属棒a，在Ι匀强磁场区的某一位置，垂直于导轨放置另一质量也为m、电阻为R2的金属棒b。

开始时b静止，给a一个向右冲量I后a、b开始运动。

设运动过程中，两金属棒总是与导轨垂直。

（1）求金属棒a受到冲量后的瞬间通过金属导轨的感应电流；
（2）设金属棒b在运动到Ι匀强磁场区的右边界前已经达到最大速度，求金属棒b在Ι匀强磁场区中的最大速度值；
（3）金属棒b进入Ⅱ匀强磁场区后，金属棒b再次达到匀速运动状态，设这时金属棒a仍然在Ι匀强磁场区中。

求金属棒b进入Ⅱ匀强磁场区后的运动过程中金属棒a、b中产生的总焦耳热。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C B B D D B
二、多项选择题
7．BCE
8．BCD
9．AD
10．AC
三、实验题
11．（1）1m/s（2）0；1m/s
12．C
四、解答题
13．（1）两车会相撞t1=5 s；（2）
14．（1）i=；（2）v m=；（3）Q=。