2019届高三物理一轮复习：作业38 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

题组层级快练(三十八)一、选择题1．(2017·南通模拟)为描绘一只标有“2.5 V 0.75 W ”字样的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了如下实验器材：电压表V(量程为0～3 V ，内阻约5 k Ω) 电流表A 1(量程为0～0.6 A ，内阻约1 Ω) 电流表A 2(量程为0～3 A ，内阻约10 Ω) 滑动变阻器R 1(0～10 Ω) 滑动变阻器R 2(0～100 Ω) 干电池两节，开关S 及导线若干(1)为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表________，滑动变阻器________； (2)在图甲所示虚线内画出实验电路图；(3)连接电路，闭合开关，移动变阻器滑片P ，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是________；(4)排除故障后，正确操作得到多组U 、I 数据，利用Excel 软件描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，设小灯泡正常发光的电阻为R A ，小灯泡发光较暗时的电阻为R B ，根据图像可以判断R A ________(选填“大于”“等于”或“小于”)R B . 答案 (1)A 1 R 1 (2)如图所示(3)小灯泡断路 (4)大于解析 (1)灯泡额定电流为I ＝0.75 W 2.5 V ＝0.3 A ，但如果采用3 A 量程误差过大，因此只能采用0.6 A 量程的A 1，本实验中采用滑动变阻器分压接法，因此应采用总阻值较小的滑动变阻器R 1； (2)本实验中应采用滑动变阻器分压接法，同时电流表应采用外接法；(3)闭合开关，发现灯泡不亮，电流表指针几乎不偏转，说明电路断路．电压表有示数，说明与电压表并联部分断路，则电路故障的原因可能是灯泡断路．(4)I­U图像中图像的斜率表示电阻的倒数，则由图可知，正常发光时的斜率较小，故说明正常发光时的电阻大于较暗时的电阻．2．(2017·西安五校联考)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V 1.5 W”的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3 V(内阻可不计)B．直流电流表0～600 mA(内阻约0.5 Ω)C．直流电压表0～3 V(内阻约3 kΩ)D．滑动变阻器(10 Ω，1 A)E．滑动变阻器(1 kΩ，300 mA)F．开关、导线若干(1)本实验中滑动变阻器选用________(填“D”或“E”)．(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图甲所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零．闭合开关后发现电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是________；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线是________；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是________．(3)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乙所示的坐标系中作出该灯泡的伏安特性曲线．答案(1)D (2)d h g (3)如图所示解析(1)由题图甲所示电路图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选D.(2)根据电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零，闭合开关后，发现电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为d；若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线为h；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为g.(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像．3．(2017·南京三模)有一只标识为“2.5 V，0.5 A”的小灯泡，小华想测定其伏安特性曲线，实验室所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：(1)________ Ω；(2)为了减小实验误差，实验中滑动变阻器应选择________(选填器材前面的编号)；(3)请帮助小华设计一个电路，要求使误差尽量小，并将电路图画在图1虚线框内；(4)小华在实验中用电流表和改装后的电压表测得数据并记录在下表中，请根据表格中的数据在图2方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线；(5)将一个电动势为________W(结果保留1位有效数字)． 答案 (1)100 (2)E (3)如图所示 (4)如图所示 (5)0.2解析 (1)由题意可知，本实验应采用伏安法测量伏安特性曲线，由表中数据可知，电流大小最大约为0.49 A ，因此电流表应采用A 2，故只能采用A 1与电阻箱串联的方式进行改装，由串并联电路规律可知，R ＝30.01Ω－200 Ω＝100 Ω；(2)由于本实验采用滑动变阻器分压接法，所以只能选用总阻值较小的E ；(3)本实验应采用滑动变阻器分压接法，由于电流表内阻较小，故应采用电流表外接法，故原理图如答案图所示；(4)根据描点法可得出对应的伏安特性曲线如答案图所示；(5)在灯泡伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线，两图的交点表示灯泡的工作点，由图可知，电压U ＝0.8 V ，电流I ＝0.22 A ，则功率P ＝UI ＝0.8×0.22 W ≈0.2 W.4．(2017·烟台模拟)某实验小组利用以下实验器材通过实验描绘热敏电阻的伏安特性曲线 电动势为6 V 的直流电源，内阻约0.5 Ω 量程为6 V 的电压表，内阻R V 约10 k Ω； 量程为0.5 A 的电流表，内阻R A ＝4.0 Ω； 阻值范围为0～99.9 Ω的电阻箱R ； 热敏电阻R T ； 开关和导线若干．(1)如图为实验得到的热敏电阻的伏安特性曲线，在虚线框内画出实验所用的电路图；(2)若该实验小组记录实验数据时，电压表示数用U 表示、电流表的示数用I 表示，电阻箱的阻值用R 表示，则实验中电源的输出功率P 可表示为________；(用U 、I 、R 和R A 表示)(3)若该小组连续进行两次重复实验，结果得到两条伏安特性曲线①和②，则造成两条曲线不重合的原因是：________．在曲线①中当电流为0.40 A 时，热敏电阻的阻值为________ Ω.(结果保留两位有效数字)答案 (1)如图所示 (2)IU ＋I 2(R ＋R A )(3)第二次的温度比第一次的高，热敏电阻的阻值变大，3.0 Ω(2.9－3.1)解析 (1)由图可知，给出的图像不是由零开始调节的，同时因电阻箱阻值较大，可以起到有效的保护和调节作用，故电阻箱采用限流接法，故原理图如答案图所示；(2)根据功率公式可知，热敏电阻的功率为UI ，而电路中电阻箱和电流表消耗的功率为I 2(R ＋R A )；故电源的输出功率P ＝UI ＋I 2(R ＋R A )(3)两图像不重合，说明电阻不同，而第二次相同电压下对应的电流小，则说明第二次的电阻大，根据热敏电阻的性质可知，第二次的温度比第一次高；曲线①中当电流为0.40 A 时，电压为1.20 V ；故电阻R ＝U I ＝1.200.40Ω＝3.0 Ω.5．(2017·济宁二模)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)，正温度系数电阻器的电阻随温度的升高而增大，负温度系数电阻器的电阻随温度的升高而减小．某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻R x 的导电特性． A ．电流表A 1(量程10 mA ，内阻r 1＝1 Ω) B ．电流表A 2(量程0.6 A ，内阻r 2约为0.5 Ω) C ．滑动变阻器R 1(最大阻值200 Ω) D ．滑动变阻器R 2(最大阻值20 Ω) E ．定值电阻R 3(阻值1 499 Ω) F ．定值电阻R 4(阻值149 Ω) G ．电源E(电动势15 V ，内阻忽略) H ．开关与导线若干(1)实验采用的电路图如图甲所示，则滑动变阻器选________，定值电阻R 选________．(填仪器前的字母序号)．(2)该小组根据测量数据作出热敏电阻的U­I 图像如图乙所示，请分析说明该曲线对应的是________热敏电阻(选填“PTC ”或“NTC ”)．(3)若将此热敏电阻直接接到一电动势为9 V ，内阻10 Ω的电源两端，则此时该热敏电阻的阻值为________ W ．(结果保留三位有效数字) 答案 (1)D E (2)NTC (3)80.0 Ω解析 (1)电压从零开始调节，故采用滑动变阻器分压接法；故滑动变阻器应选择总阻值较小的D ；由图可知，定值电阻R 与电流表A 1串联充当电压表使用，故应采用阻值较大的E ；(2)由图乙可知，图像的斜率减小，故说明电阻随电压的增大而减小，因此应为负温度系数的热敏电阻，即NTC 热敏电阻；(3)在热敏电阻的伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线，如图所示，两图的交点表示电阻的工作电压和电流，由图可知，电压U ＝8.0 V ，电流I ＝0.1 A ，故电阻R ＝U I ＝8.00.1Ω＝80.0 Ω(78.9～82.0均可以)6．(2017·广东模拟)为探究小灯泡L 的伏安特性曲线，提供了以下器材： 小灯泡L ，规格“4.0 V 2.8 W ”； 电流表A 1，量程3 A ，内阻约为0.1 Ω； 电流表A 2，量程0.6 A ，内阻r 2＝0.2 Ω； 电压表V ，量程3 V ，内阻r V ＝9 k Ω； 标准电阻R 1，阻值1 Ω； 标准电阻R 2，阻值3 k Ω；滑动变阻器R ，阻值范围0～10 Ω； 学生电源E ，电动势6 V ，内阻不计； 开关S 及导线若干．(1)某同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于________，当通过L 的电流为0.46 A 时，电压表的示数如图乙所示，电压表的读数为________ V ，此时L 的电阻为________ Ω.(2)要想更准确完整地描绘出L 的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你利用所供器材，在图丙中的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．(3)根据实验测得的数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丁，若将该灯泡接到E ＝1.5 V 、r ＝3.0 Ω的电源两端，则灯泡实际消耗的功率P ＝________ W ．(结果保留两位有效数字) 答案 (1)左端 2.30 5 (2)如解析图所示 (3)0.18解析 (1)由图甲可知，测量部分与滑动变阻器左端并联，则可知，为了让电压从零开始调节，滑动变阻器滑片应滑至左端；由图乙可知，电压表量程为3 V ，则最小分度为0.1 V ，故读数为2.30 V ；由欧姆定律解得电阻值R ＝U I ＝2.30.46Ω＝5 Ω. (2)由于灯泡额定电压为4.0 V ，故电压表应串联R 2使用，而额定电流I ＝P U ＝2.84 A ＝0.7 A ，大于电流表量程，因此电流表应并联小电阻R 1使用，故虚线框内电路如图所示；(3)根据闭合电路欧姆定律得：U ＝E －Ir ，则有U ＝3－10I ，画出I­U 图像如图所示，交点对应的电压与电流即为小灯泡此时的实际电压与电流，所以小灯泡两端电压为0.9 V，电流I＝0.2 A，所以实际功率为：P＝UI＝0.9×0.2 W＝0.18 W.7．小张通过互联网查得某二极管的伏安特性曲线如图甲所示．由图甲分析可知，当该二极管电压在0～0.5V时，电阻几乎为无穷大；当该二极管电压从0.5 V升高到0.9 V时，电阻从无穷大减小到三十几欧．(1)若将满足图甲中伏安特性的一只二极管与电源(电动势E＝2 V，内阻不计)、电阻(R0＝100 Ω)串联，如图乙所示．当开关S闭合时，二极管消耗的功率为____________ W．(结果保留一位有效数字)(2)小张使用下列所有器材，准确地描绘出了二极管(符号)的正向伏安特性曲线．图丙仅画出了它设计的部分电路图，请你补全完成该实验的电路图，并标明各元件的符号．ⅰ.待测二极管D一只；ⅱ.电压表V(量程0～3 V，内阻约10 kΩ)；ⅲ.电流表A(量程0～30 mA，内阻约30 Ω)；ⅳ.滑动变阻器R(0～15 Ω，额定电流1 A)；ⅴ.电源E(电动势3 V，内阻不计)；ⅵ.单刀双掷开关S1；ⅶ.单刀开关S2及导线若干．答案(1)1×10－2(2)见解析解析(1)二极管与电源(电动势E＝2 V，内阻不计)、电阻(R0＝100 Ω)串联，则二极管两端的电压U＝E－IR0，即I＝ER0－UR0，在图甲中画出该函数图像，得交点(12，0.8)，则二极管消耗的功率P＝UI＝1×10－2W；(2)当二极管电压在0～0.5 V时，电阻很大，电流表采用内接法，当该二极管电压从0.5 V升高到0.9 V 时，电阻较小，电流表采用外接法，使用单刀双掷开关转换，滑动变阻器的连接采用分压式，如图所示．。