2021版高考物理一轮复习课时分层提升练三十三描绘小电珠的伏安特性曲线(含解析)

描绘小电珠的伏安特性曲线
(建议用时25分钟)
1.(2020·柳州模拟)某同学为测绘标有“4.8 V,0.6 A”小灯泡伏安特性曲线,除了导线和开关外,可供选择的还有以下器材:
A.电流表:量程0～0.6 A,内阻约为1 Ω
B.电流表:量程0～3 A,内阻约为0.2 Ω
C.电压表:量程0～6 V,内阻约为2 kΩ
D.电压表:量程0～15 V,内阻约为4.5 kΩ
E.滑动变阻器:阻值范围0～20 Ω,额定电流2 A
F.滑动变阻器:阻值范围0～2 kΩ,额定电流0.5 A
G.电源:电动势6 V,内阻约为1 Ω
(1)为了使测量尽可能准确,电流表应选用__________,电压表应选__________,滑动变阻器应选__________。

(只填实验器材前的序号)。

(2)请用选用的器材将实物图连接完整。

【解析】(1)灯泡额定电流为0.6 A,电流表应选择A,小灯泡额定电压为4.8 V,电压表应选择C,为方便实验操作,滑动变阻器应选择E。

(2)描绘灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,由题意可知,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,实物电路图如图所示:
答案:(1)A C E (2)见解析
2.某实验小组想研究小灯泡的伏安特性,除了提供小灯泡(规格“12 V 5 W”)外,还有以下一些器材:
A.电源:12 V,内阻不计
B.电流表A1:0～0.6 A,内阻约0.125 Ω
C.电流表A2:0～3 A,内阻约0.025 Ω
D.电压表V1:0～3 V,内阻约3 kΩ
E.电压表V2:0～15 V,内阻约15 kΩ
F.滑动变阻器R(最大阻值为18 Ω,滑片的有效移动长度为27 cm)
G.开关一个,导线若干
(1)完成该实验,需要选择的仪器有________。

(填仪器前的字母代号)
(2)某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。

某次测量时,电流表指针位置如图乙所示,电流表读数为________A,此时小灯泡的实际功率为________W。

(3)根据I U图像可知:从A点I A=0.30 A到B点I B=0.50 A的过程中小灯泡的电阻逐渐
________(选填“增大”或“减小”),改变的阻值约为________Ω(结果保留1位小数)。

在获得A→B段图线数据的过程中,滑动变阻器的滑片移动了________cm。

【解析】(1)根据小灯泡规格“12 V 5 W”可知额定电流I额== A≈0.42 A,所以电流表应选0～0.6 A量程;由于额定电压为12 V,故电压表应选0～15 V量程;还需要电源、滑动变阻器、开关和导线等,故所选器材为A、B、E、F、G。

(2)电流表量程是0.6 A,每小格电流是0.02 A,所以电流表读数为I=0.40 A;根据I U图像可知I=0.40 A时,小灯泡两端的电压U=6.0 V,所以小灯泡消耗的实际功率为P=UI=2.4 W。

(3)根据I U图像可知R A=Ω=13.3Ω,R B=Ω=24 Ω,从A点到B点的过程中灯泡的电阻逐渐增大,改变的阻值为10.7 Ω;设滑片在A点时与灯泡并联的滑动变阻器阻值为R,此时灯泡两端电压即与滑动变阻器并联电压为U并=4 V,滑动变阻器另段电压为12 V-4 V=8 V,通过灯泡的电流为I L=0.30 A,由串并联电路特点及欧姆定律可得,(+0.3 A)×(18Ω-R)=8 V,
解得R=8 Ω;与灯泡并联的滑动变阻器电阻丝长度为×27 cm=12 cm;在获得A→B段图线数据的过程中,滑动变阻器的滑片移动了27 cm-12 cm=15 cm。

答案:(1)A、B、E、F、G (2)0.40 2.4
(3)增大10.7 15
3.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,某实验小组决定测绘标有“3.8 V 0.4 A”小灯泡的伏安特性曲线。

(1)使用多用电表粗测小灯泡的电阻,选择“×1”欧姆挡测量,示数如图所示,读数为
________Ω。

(2)实验室提供的实验器材有:
A.电源E(4 V,内阻约0.4 Ω)
B.电压表V(2 V,内阻为2 kΩ)
C.电流表A(0.6 A,内阻约0.3 Ω)
D.滑动变阻器R(0～10 Ω)
E.三个定值电阻(R1=1 kΩ,R2=2 kΩ,R3=5 kΩ)
F.开关及导线若干
①小组同学们研究后发现,电压表的量程不能满足实验要求,为了完成测量,他将电压表进行
了改装。

在给定的定值电阻中选用________(选填“R1”“R2”或“R3”)与电压表________(选填“串联”或“并联”),完成改装。

②在虚线框中画出正确的实验电路图(虚线框中已将部分电路画出,请补齐电路的其他部分)。

(3)该实验小组按照正确的电路图和实验操作描绘出了小灯泡的伏安特性曲线如图所示。

先将两个相同规格的小灯泡按如图所示电路连接,图中定值电阻阻值为R0=3 Ω,电源电动势E=4.5
V,内阻r=1.5 Ω,此时每个小灯泡消耗的电功率为________W。

(结果保留2位有效数字,I表示通过每个小灯泡的电流)
【解析】(1)使用多用电表粗测小灯泡的电阻,选择“×1”欧姆挡测量,示数如图所示,读数为:1×10Ω=10Ω。

(2)①灯泡额定电压为3.8 V,可以把电压表改装为4 V量程,电压表量程为2 V,内阻为2 kΩ,要把电压表改装成4 V的电压表,可以串联2 kΩ的电阻,应选电阻R2与电压表串联;
②灯泡正常发光时的电阻为:R=Ω=9.5Ω,电压表内阻为4 kΩ,电流表内阻约为0.3 Ω,电压表内阻远大于灯泡电阻,而电流表内阻与灯泡内阻相差不多,故电流表应采用外接法,由于滑动变阻器阻值较小,故采用分压式接法,电路图如图所示:
(3)设通过每个灯泡的电流为I,电源电动势为:E=U+2I(R0+r)=U+9I ,整理得:U=E-9I=4.5-9I,即:U=4.5-9I,在灯泡U-I图像坐标系内作出:U-I图像如图所示:
由图像可知,灯泡两端电压为:U=2.2 V时,
通过灯泡的电流为:I=0.23 A,灯泡实际功率为:P=UI=2.2×0.23 W=0.51 W。

答案:(1)10 (2)①R2串联②见解析图
(3)0.51(0.5～0.6均可)。