高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 微專題56 實(shí)驗(yàn) 描繪小燈泡的伏安特性曲線

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實(shí)驗(yàn) 描繪小燈泡的伏安特性曲線 考點(diǎn)及要求：(1)伏安法測(cè)電阻；(2)電路設(shè)計(jì)：內(nèi)、外接法、滑動(dòng)變阻器的分壓與限流；(3)數(shù)據(jù)處理． 1．在“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)器材如下： 圖1 待測(cè)小燈泡(2.5 V,0.5 A)； 雙量程電壓表(中間接線柱3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ；右邊接線柱15 V，內(nèi)阻約為15 kΩ)； 雙量程電流表(中間接線柱0.6 A，內(nèi)阻約為0.125 Ω；右邊接線柱3 A，內(nèi)阻約為0.025 Ω)； 滑動(dòng)變阻器(20 Ω，2 A)； 電源(電動(dòng)勢(shì)約為3 V，內(nèi)阻未知)； 開關(guān)一個(gè)； 導(dǎo)線若干． (1)甲同學(xué)選擇合適的器材，連好實(shí)物圖如圖1所示，乙同學(xué)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)了多處錯(cuò)誤，請(qǐng)指出(至少2處)： ________________________________________________________________________. (2)兩同學(xué)改正錯(cuò)誤，正確連線后，測(cè)出如下表所示的7組I、U數(shù)據(jù)，請(qǐng)你在圖2坐標(biāo)紙上建立I－U坐標(biāo)系，標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn)，繪出小燈泡的伏安特性曲線. 次數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 電壓/V 0 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 電流/A 0 0.08 0.10 0.13 0.16 0.18 0.20 圖2 (3)根據(jù)繪出的小燈泡的伏安特性曲線，該小燈泡在電壓為1.8 V時(shí)的實(shí)際電阻約為________Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (4)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，下列判斷正確的是(　　) A．系統(tǒng)誤差主要是由電壓表的分流引起的，電壓越大誤差越大 B．系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的，電流越大誤差越大 C．系統(tǒng)誤差主要是由忽略電源內(nèi)阻引起的，電源內(nèi)阻越大誤差越大 D．系統(tǒng)誤差主要是由電表讀數(shù)時(shí)的估讀引起的，電壓越大誤差越大 2．某實(shí)驗(yàn)小組描繪規(guī)格為“2.5 V　0.6 W”的小燈泡的I－U特性曲線．實(shí)驗(yàn)室提供下列器材： A．電流表A1(量程為0～25 mA，內(nèi)阻約0.2 Ω) B．電流表A2(量程為0～300 mA，內(nèi)阻約1 Ω) C．電壓表V1(量程為0～3 V，內(nèi)阻約5 kΩ) D．電壓表V2(量程為0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ) E．滑動(dòng)變阻器R1(0～10 Ω，額定電流1.5 A) F．滑動(dòng)變阻器R2(0～1 000 Ω，額定電流0.5 A) G．直流電源(電動(dòng)勢(shì)6 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)) H．開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干 (1)在小燈泡接入電路前，使用多用電表直接測(cè)量小燈泡的電阻，則應(yīng)將選擇開關(guān)旋至________擋進(jìn)行測(cè)量．(填選項(xiàng)前的字母) A．直流電壓10 V B．直流電流5 mA C．歐姆“100” D．歐姆“1” (2)實(shí)驗(yàn)中所用的電流表應(yīng)選______；電壓表應(yīng)選______；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選__________．(只需填器材前面的字母代號(hào)) (3)若采用如圖3所示的電路描繪小燈泡的伏安特性曲線，電壓表的右端應(yīng)與電路中的______點(diǎn)相連．(選填“a”或“b”) 圖3 (4)開關(guān)閉合之前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該置于________端．(選填“c”“d”或“cd中間”) (5)測(cè)量后，該小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel擬合出小燈泡的I－U特性曲線如圖4所示．請(qǐng)根據(jù)曲線確定小燈泡兩端電壓為1.5 V時(shí)，其實(shí)際功率P＝________W. 圖4 (6)該小組按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)出正確電路圖并正確連線后，閉合開關(guān)，慢慢增大小燈泡的電壓，發(fā)現(xiàn)剛開始時(shí)兩電表指針均偏轉(zhuǎn)，但小燈泡不發(fā)光，請(qǐng)簡要分析原因：________________________________________________________________________. 3．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5 V，額定功率為0.5 W，此外還有以下器材可供選擇： A．直流電源3 V(內(nèi)阻不計(jì)) B．直流電流表0～300 mA(內(nèi)阻約為5 Ω) C．直流電流表0～3 A(內(nèi)阻約為0.1 Ω) D．直流電壓表0～3 V(內(nèi)阻約為3 kΩ) E．滑動(dòng)變阻器100 Ω，0.5 A F．滑動(dòng)變阻器10 Ω，2 A G．導(dǎo)線和開關(guān) 實(shí)驗(yàn)要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能進(jìn)行多次測(cè)量． (1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均填寫儀器前的字母) (2)在圖5所示的虛線框中畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖(虛線框中已將所需的滑動(dòng)變阻器畫出，請(qǐng)補(bǔ)齊電路的其他部分，要求滑片P向b端滑動(dòng)時(shí)，燈泡變亮)； 圖5　　　　　圖6 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出的小燈泡的I－U圖線如圖6所示．由此可知，當(dāng)電壓為0.5 V時(shí)，小燈泡的燈絲電阻是________Ω； (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果可以繪制小燈泡的電功率P隨其兩端電壓U或電壓的平方U2變化的圖像，在圖7中所給出的甲、乙、丙、丁圖像中可能正確的是________．(選填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”) 圖7 4．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，要測(cè)量一個(gè)標(biāo)有“3 V　1.5 W”的燈泡兩端的電壓和通過它的電流，現(xiàn)有如下器材： A．直流電源3 V(內(nèi)阻可不計(jì)) B．直流電流表0～600 mA(內(nèi)阻約0.5 Ω) C．直流電壓表0～3 V(內(nèi)阻約3 kΩ) D．滑動(dòng)變阻器(10 Ω，1 A) E．滑動(dòng)變阻器(1 kΩ，300 mA) F．開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選用________(填“D”或“E”). U/V 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 I/A 0 0.17 0.30 0.39 0.45 0.49 (2)表格中的各組數(shù)據(jù)是該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖8所示的方格紙上作出該燈泡的伏安特性曲線． 圖8 (3)如圖9所示，將兩個(gè)這樣的燈泡并聯(lián)后再與5 Ω的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒定為4 V的電路上，每個(gè)燈泡的實(shí)際功率為______W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖9 5．某學(xué)習(xí)小組通過實(shí)驗(yàn)來研究電器元件Z的伏安特性曲線．他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)得電器元件Z兩端的電壓與通過它的電流的數(shù)據(jù)如下表： U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 現(xiàn)備有下列器材： A．內(nèi)阻不計(jì)的6 V電源； B．量程為0～3 A的內(nèi)阻可忽略的電流表； C．量程為0～0.6 A的內(nèi)阻可忽略的電流表； D．量程為0～3 V的內(nèi)阻很大的電壓表； E．阻值為0～10 Ω，額定電流為3 A的滑動(dòng)變阻器； F．開關(guān)和導(dǎo)線若干． (1)這個(gè)學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選________(填器材前面的字母)． (2)請(qǐng)你從下面的實(shí)驗(yàn)電路圖中選出最合理的一個(gè)________． (3)利用表格中數(shù)據(jù)繪出的電器元件Z的伏安特性曲線，如圖10甲所示，分析曲線可知該電器元件Z的電阻隨U變大而________(填“變大”、“變小”或“不變”)． 圖10 (4)若把用電器Z接入如圖乙所示的電路中時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.150 A，已知A、B兩端電壓恒為2 V，則定值電阻R0阻值為________Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案解析 1．(1)①滑動(dòng)變阻器接法錯(cuò)誤，應(yīng)改成分壓式接法． ②電壓表量程錯(cuò)誤，應(yīng)選用3 V的量程； ③電流表位置接錯(cuò)，應(yīng)采用外接法． (2)見解析圖 (3)10.3(0.3)　(4)A 解析　(1)由于是測(cè)繪小燈泡(2.5 V,0.5 A)的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)，故電壓表的量程選用3 V即可，要求電壓從“0”開始所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；小燈泡的阻值小，故電流表應(yīng)采用外接法． (2)如圖所示 (3)在圖中找到相應(yīng)的點(diǎn)，即在U＝1.8 V時(shí)的電流為I＝0.175 A，則電阻R＝ Ω≈10.3 Ω. (4)由于電流表外接，其示數(shù)包括了流經(jīng)電壓表的電流，比小燈泡的實(shí)際電流大，故這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差主要來源于電壓表的分流，故A選項(xiàng)正確． 2．(1)D　(2)B　C　E　(3)a　(4)c　(5)0.33　(6)電壓(電流)較小時(shí)，燈絲的溫度較低，達(dá)不到發(fā)光的溫度 解析　(1)測(cè)小燈泡的電阻，需用歐姆擋；由P＝，得R＝＝ Ω≈10 Ω，因此選D. (2)I＝＝ A＝0.24 A＝240 mA，此為額定電流，電流表A1量程太小，因此選A2.小燈泡的額定電壓為2.5 V，如用0～15 V量程的電壓表，則測(cè)量誤差太大，應(yīng)選用0～3 V量程的電壓表．描述小燈泡的I－U特性曲線，要求I、U值由零開始變化，且范圍盡可能大些，應(yīng)選用分壓電路，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用阻值范圍較小的R1. (3)因?yàn)镽x<，即電流表的分壓作用比較明顯，因此用電流表外接法，電壓表右端應(yīng)與a點(diǎn)相連． (4)開關(guān)閉合前，滑片應(yīng)置于c端，使得接通開關(guān)時(shí)，小燈泡兩端電壓由0開始變化，且保證小燈泡安全． (5)由I－U圖像可得U＝1.5 V時(shí)，I＝0.22 A，P＝UI＝1.50.22 W＝0.33 W. (6)電表指針偏轉(zhuǎn)，說明小燈泡兩端有電壓且小燈泡是通路，因?yàn)閯傞_始時(shí)電壓、電流較小，燈絲溫度較低，還沒達(dá)到發(fā)光溫度． 3．(1)B　F　(2)見解析圖 (3)5.0　(4)甲、丙 解析　(1)燈泡的額定電流I＝＝ A＝200 mA，故電流表選擇B；因本實(shí)驗(yàn)只能用分壓式接法，故滑動(dòng)變阻器選擇小電阻F； (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可知，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，并且測(cè)量電路應(yīng)與滑動(dòng)變阻器的左半部分并聯(lián)；電流表采用外接法，原理圖如圖所示： (3)由畫出的伏安特性曲線可知，U＝0.5 V時(shí)，電流I＝0.10 A，則對(duì)應(yīng)的電阻R＝＝ Ω＝5.0 Ω； (4)由P＝可知，P與U為二次函數(shù)關(guān)系，圖像開口向上，故甲正確；P與U2在R不變時(shí)為正比例關(guān)系，由于R隨電壓的增大而增大，故丙圖正確． 4．(1)D　(2)見解析圖　(3)0.30 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D； (2)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后作出圖像如圖所示； (3)設(shè)燈泡兩端的電壓為U，通過每個(gè)燈泡的電流為I，則U＝4－2IR0＝4－25I＝4－10I，即U＝4－10I，在燈泡的I－U圖像中作出此函數(shù)圖像如圖所示，由圖像可知，U＝1.0 V，I＝0.3 A，每個(gè)燈泡消耗的實(shí)際功率P＝UI＝0.30 W. 5．(1)C　(2)D　(3)變大　(4)6.7 解析　(1)由題中數(shù)據(jù)表可知，電路中的最大電流為0.215 A，所以電流表應(yīng)選擇C. (2)從題中數(shù)據(jù)表可知要求電流從零開始變化，所以變阻器應(yīng)采取分壓式接法；由于電流表與電壓表均為理想電表，所以電流表采用外接法和內(nèi)接法均可，故選D. (3)I－U圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖像可知元件電阻隨U的變大而變大． (4)從表格中可看出當(dāng)電流為0.150 A時(shí)，用電器Z兩端的電壓為1 V，所以定值電阻 R0＝＝ Ω≈6.7 Ω.