2020届湖北省人教版高考物理二轮复习实验与研究精解集汇：描绘小电珠的伏安特性曲线

描绘小电珠的伏安特性曲线
1、为描绘一只规格为“2.8V,1.6W"的小灯泡的伏安特性曲线,某同学准备了以下器材:
A ．干电池组E(电动势3V)
B ．滑动变阻器R(最大电阻5Ω)
C ．电流表1A (量程0.6A,内阻约0.5Ω)
D ．电流表2A (量程3A,内阻约0.1Ω)
E ．电压表1V (量程3V,内阻约3k Ω)
F ．电压表2V 量程15V,内阻约15k Ω)
G ．开关一个,导线若干。

(1).实验应选用的电流表是____,电压表是_____。

(填器材字母序号)
(2).测量电路应釆用电流表___(填“内接”或“外接”)法,控制电路应采用滑动变阻器____(填“限流式”或“分压式”)连接。

(3).如图,作出的I 一U 图像中___(填“a ”、“b ”或“c ”)线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。

2、某同学使用如图甲所示器材测定小灯泡在不同电压下的阻值,已知小灯泡标有“2.5V,1.25W ”字样,备选滑动变阻器有两种规格,1R 标有“10Ω,2A ”,2R 标有“100
Ω,0.2A ”。

现要求小灯泡两端电压从零开始,并能测量多组数据。

(1)为使操作更为方便,滑动变阻器应选用___________(填“1R ”或“2R ”)。

(2)在答题纸上将实物图补充完整。

(3)图乙为根据实验数据作出的一条I U 图线,从图中求出小灯泡正常工作时的阻值大小为____________Ω(结果保留两位有效数字),考虑电表对线路的影响,此阻值比小灯泡的实际阻值偏___________(填“大”或“小”)。

3、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V ，2.5 W ”的小灯泡.导线和开关外，还有：
A.直流电源（电动势约为5 V ，内阻可不计）
B. 直流电流表（量程0〜3A ，内阻约为0.1Ω）
C. 直流电流表（量程0〜600mA ，内阻约为5Ω）
D. 直流电压表（量程0〜15V ，内阻约为15k Ω）
E. 直流电压表（量程0〜5V ，内阻约为10 k Ω）
F. 滑动变阻器（最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A ）
G. 滑动变阻器（最大阻值1k Ω，允许通过的最大电流为0.5 A ）
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据。

（1）实验中电流表应选用_____，电压表应选用_____，滑动变阻器应选用_____（均用序号字母表示）。

（2） 请按要求将图中所示的器材连成实验电路。

（3） 某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如下图所示。

现把实验中使用的小灯泡接到如图所示的电路中，其中电源电动势6V E =，内阻1r =Ω，定值电阻9R =Ω，此时灯泡的实际功率为_____W 。

（结果保留两位有效数字）
4、发光二极管(LED)是由镓(Ga)、砷(As)与磷(P)等的化合物制成的一种能够发光的半导体电子元件,通常用在电路及仪器中作为指示灯,或组成文字或数字显示,其显著的特点就是具有单向导电性。

其电路符号如图甲所示,正常使用时带“+”号的一端应接在电源的正极,带“-”号的一端应接在电源的负极。

某课外活动小组用实验方法测得某型号发光二极管两端的电压U 和通过它的电流I 的数据如下表所示。

实验
序号 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
/V U 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0
/mA I 0 0.9 2.3 4.3 6.8 12.0 19.0 24.0 30.0 37.0
(1)如图乙、丙有两个可供选择的电路,应选图________(填“乙”或“丙”)电路进行实验,实验中的系统误差主要是由_________引起的。

(2)请在图丁的坐标系上用描点法画出该型号发光二极管的伏安特性曲线。

(3)若该型号发光二极管的最佳工作电压为2.5V,现用5V的稳压电源供电,则需要在电路中串联一个电阻R才能使其处于最佳工作状态,请根据所画出的该型号二极管的伏安特性曲线进行分析,串联的电阻的阻值为________Ω。

(结果保留三位有效数字)
5、某学习小组在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,除导线和开关外,可供选择的实验器材如下:
A.小灯泡L,规格“2.5V,0.5W”
B.电流表A1,量程3A,内阻约为15Ω
C.电流表A2,量程300mA,内阻约为0.5Ω
D.电压表V1,量程3V,内阻约为3kΩ
E.电压表V2,量程15V,内阻约为9kΩ
F.滑动变阻器R1,阻值范围0~1000Ω
G.动变阻器R2,阻值范围0~5Ω
H.定值电阻R3,阻值为5Ω
I.学生电源5V,内阻不计
(1).为了调节方便,测量尽量准确,实验中电流表应选用__________,电压表选用__________,滑动变阻器应选用__________。

(填写器材前面的字母序号)
(2).在虚线方框内图甲的基础上完成实验原理图,并标注清楚元件的符号。

(3).根据实验数据,描绘伏安特性曲线如图乙所示,由此可知,当电压为1.5V 时,小灯泡的灯丝电阻是__________Ω。

(保留两位有效数字)
6、某同学用如图甲所示的实验电路来测量未知电阻x R 的阻值。

将电阻箱接入a b 、之间,闭
合开关S,适当调节滑动变阻器'R 后保持滑片位置不变,改变电阻箱的阻值R ,得到多组电压表的示数U 与R 的数据,并绘出U R 的图像如图乙所示。

(1)请用笔画线代替导线,根据电路图在图丙中画出缺少的两根导线。

(2)用待测电阻x R 替换电阻箱,读得电压表示数为5.0V,利用图乙中的U R -图像可得
x R =________Ω。

(结果保留两位有效数字)
(3)使用较长时间后,电源的电动势可认为不变,但其内阻增大。

若仍使用该装置和图乙中的U R -图像来测量某一电阻的阻值,则测量结果将__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

若仍想使用该电路和图乙中测绘的U R -关系图像测量电阻,则需对电路进行简单修正:将电阻箱的阻值调到10Ω,并接入a b 、之间,调整滑动变阻器滑片的位置,使电压表示数为___________V,之后保持滑动变阻器阻值不变,即可用乙原来的方法继续测量电阻。

7、在"描绘小灯泡的伏安特性曲线"实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率为0.5W,此外还有以下器材可供选择:
A.直流电源3V(内阻不计)
B.直流电流表0~300mA(内阻约为5Ω)
C.直流电流表0~3A(内阻约为0.1Ω)
D.直流电压表0~3V(内阻约为3kΩ)
E.滑动变阻器100Ω,0.5A
F.滑动变阻器10Ω,2A
G.导线和开关
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量.
(1)实验中电流表应选用__________,滑动变阻器应选用__________;(均填写仪器前的字母)
(2)在图所示的虚线框中画出符合要求的实验电路图(虚线框中已将所需的滑动变阻器画出,请补齐电路的其他部分,要求滑片P向b端滑动时,灯泡变亮);
图线如图所示.由此可知,当电压为0.5V时,小灯泡的(3)根据实验数据,画出的小灯泡I U
灯丝电阻是__________Ω。

(4)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的平方2
U变化的图象,在图中所给出的甲、乙、丙、丁图象中可能正确的是__________.(选填"甲""乙""丙""
丁")
8、某研究性学习小组的同学欲做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验.已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，实验使用的直流电源的电动势为3.0V内阻忽略不计，实验可供选择的器材规格如下
a、电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω）
b、电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）
c、电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）
d、电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω）
e、滑动变阻器R1（阻值0～10，额定电流1A）
f、滑动变阻器R2（阻值0～5000，额定电流500mA）
请回答下列问题：
（1）为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择_______，电压表应选择_________、滑动变阻器应选择_________（填写实验器材前的序号）
（2）根据所选的实验器材，请设计合理的电路原理图来完成该实验________
（3）该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小电珠两端的电压U和通过该小电珠的电流，由欧姆定律计算得到的小电珠的电阻值_______（选填“大于”“等于＂或“小于＂）真实值
（4）该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据，并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图，如图所示，该图线向下弯曲，其原因是______.
（5）如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，并接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率应为________W（结果保留两位小数）
答案以及解析
1答案及解析：
答案：(1).C(或1A ); E(或1V ) (2).外接;分压式 (3). a
解析：(1).由于小灯泡的额定电压为2.8V ，所以电压表应选：E ，小灯泡的额定电流为：1.60.642.8
P I A A U ===，所以电流表应选：C ； (2).由于小灯泡的电阻较小，所以电流表用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线时小灯泡电压从0开始变化，所以滑动变阻器用分压式；
(3).由于小灯泡的电阻随温度的升高而增大，I-U 图象的斜率的倒数，所以I 一U 图像中a 线比较符合小灯泡的伏安特性曲线。

2答案及解析：
答案：(1)1R (2)见解析图 (3)4.9;小
解析：(1)灯泡两端电压从零开始,滑动变阻器采用分压式接法,选最大阻值小的1R 。

(2)小灯泡电阻为2
5U R P
==Ω,小电阻电流表用外接法,滑动变阻器用分压式接法,如图。

(3)从题图乙中找出当灯泡两端电压为2.5V 时对应的电流为0.51A,所以根据欧姆定律得灯泡正常工作时的电阻 2.5 4.90.51
R =Ω≈Ω,电流表外接时,测量的电流值大于流过灯泡的真实电流,因此电阻测量值偏小。

3答案及解析：
答案：（1）C E F （2）
（3）0.81~0.85
解析：（1）灯泡的额定电流为0.5A ，选择0-3A 量程的电流表量程偏大，测量误差大，所以选择量程为0-0.6A 的电流表；小灯泡额定电压为5V ，选择0~15V 电压表量程偏大，测量误差大，所以选择量程为0-5V 的电压表；滑动变阻器选择总电阻为1k Ω时，电流表和电压表示数较小，测量误差大，所以选择总电阻为10Ω的滑动变阻器。

（2）因为灯泡的电压和电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，灯泡的电阻为10Ω，远小于电压表的内阻，属于小电阻，所以电流表采用外接法，实物图连接见答案。

（3）将定值电阻R 看作电源内阻，则电源电动势为6V ，内阻为10Ω，作出电源的U I -图线，与伏安特性曲线的交点横坐标为电流I ，纵坐标为电压U ，则灯泡的实际功率P UI =。

4答案及解析：
答案：(1)丙;电压表分流 (2)如图所示 (3)119
解析：(1)由题表中实验数据可知,电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,故应选图丙;图丙电路图中,电流表采用外接法,由于电压表的分流作用会使所测电流偏大,这是系统误差的形成原因。

(2)根据题表中实验数据在坐标系上描出对应的点,根据坐标系中描出的点作出图像如图所示。

(3)根据I U -图线,当二极管的最佳工作电压为2.5V 时,工作电流约为21mA,串联电阻上分得的电压应为2.5V,故应串联的电阻阻值3
2.51192110U R I -=
=Ω≈Ω⨯。

5答案及解析：
答案：(1).C; D; G; (2).
(3).8.6
解析：(1).因为小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率0.5W,所以额定电流200mA,所以电压表选D,电流表选C;因为描绘小灯泡伏安特性曲线,电压变化范围较大,而小灯泡的电阻又较小,所以滑动变阻器选G.
(2).因电源电动势较大,故选定值电阻R3在干路起保护作用.因小灯泡内阻十欧姆数量级,电流表内阻15欧姆,电压表内阻约3千欧姆,所以采用外接法.原理图如图所示:
(3).由图乙可知,当电压为1.5V时,电流为0.175A,所以电阻为
1.5
8.6
0.175
R=≈
ΩΩ.
6答案及解析：
答案：(1)如图甲所示(2)25 (3)偏小;4.0 解析：(1)根据电路图连线,如图甲所示。

(2)由题图乙可知,当电压5V
U=时,电阻约为25Ω。

(3)a b 、两点间这段电路可以当成一个等效的电源,当等效电源的内电阻变大时,外电阻相同时,外电路分得的电压减小,重新作出U R -图像,如图乙所示;若仍使用该装置测量某一电阻的阻值,则测量值小于真实值;要想进行修正,应使对应的图像与原图像重合,则可知当电阻箱的阻值为10Ω时,对应的电压为4.0V,故应调节滑动变阻器使电压表示数为4.0V,之后保持滑动变附器阻值不变,即可用原来的方法继续测量电阻。

7答案及解析：
答案：(1)B;F; (2)图见解析; (3)5.0; (4)甲、丙
解析：(1)灯泡的额定电流200mA P I U
=
=,故电流表选择B.因本实验只能接用分压接法,故滑动变阻器选择小电阻F. (2)根据实验要求可知,滑动变阻器采用分压接法,并且测量电路应与滑动变阻器的左半部分并联;电流表采用外接法,原理图如图所示.
(3)由画出的伏安特性曲线可知,0.5V U =时,电流0.10A I =,则对应的电阻 5.0U R I
==Ω. (4)由2
U P R
=可知,P 与U 为二次函数关系,图象开口向上,故甲正确.P 与2U ,在R 不变时为正比例关系,由于
1R
随电压的增大而减小,故丙图正确.
8答案及解析：
答案： (1). a (2). c (3). e (4). (5). 小于(6). 小电珠的电阻随温度的升高而增大 (7). 0.57（0.50—0.60）
解析：
(1)由于灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表应选：C，额定电流为：
1.2
0.48
2.5
I A A
==，所
以电流表选：a，本实验灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式即用总阻值较小的，即为e；
(2) 本实验灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器用分压式，灯泡的电阻较小，所以电流表应外接，电路图如图所示：
(3)由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流过灯泡的电流更大，由公式
U
R
I
=可知，
电阻的测量值小于真实值；
(4)I-U图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，电阻随电压的增大而增大，其原因是灯泡的电阻随温度的增大而增大；
(5)将定值电阻与电源等效为内阻为2.0，电动势为3.0V的电源，由闭合电路欧姆定律得：
，变形得：
31
22
I U
=-，I-U关系图象作入I-U图中
由图可知，U=1.28V ，I=0.43A ，所以灯泡的实际功率为：0.55P UI W == 。