高考物理一轮复习专题34描绘小电珠的伏安特性曲线测含解析1 15页

专题 34 描绘小电珠的伏安特性曲线（测） 【满分：110 分 时间：90 分钟】 实验题（共 10 小题，每题 11 分） 1．某同学要测绘标有“2．5V 0．5A”字样的小灯泡的伏安特性曲线，他从实验室找到相关 器材连接成电路进行实验 （1）该同学将电路连接了一部分，为了使实验能测出尽可能多的数据，并使测量的误差尽可 能小，请你用笔画线代替导线，帮他把电路连接完整。 （2）闭合电键前，应将滑片 P 移动到滑动变阻器的_____________（填“左”或“右”）端。 （3）调节滑动变阻器的滑片，测出多组电压表和电流表的值，若某次电压表示数如图所示， 则电压表的示数为______V，此时电流表的示数为_________0．06A（填“一定等于”“一定大 于”“一定小于”）。 （4）该同学想用该装置再重做一次实验，闭合开关以后，沿某方向移动滑动变阻器的滑片 P 时，发现“电流表的示数为零，电压表的示数逐渐增大”，则分析电路的可能故障为__________ A、小灯泡短路 B、小灯泡断路 C、电流表断路 D、滑动变阻 器断路 【答案】（1）如图所示（2）左（3）0．3V、一定大于（4）B （3）电压表的量程应选择 0-3V 的，故读数为 0．30V，金属电阻随着电压的增大，其电阻增 大，所以当电压是 0．3V 时，其电阻小于 2.5 50.5   ，故电流大于 0.3 0.06A5  （4）电流表的示数为零，则说明灯泡所在支路为断路，要么灯泡断路，要么电流表断路，并 且电压表示数增大，则只有灯泡断路的可能，故 B 正确； 【名师点睛】应明确：①当实验要求电流从零调或变阻器的全电阻远小于待测电阻时变阻器 应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器以方便调节；②当待测电阻满足   V x x A R R R R  时， 电流表应用外接法，满足   V x x A R R R R  时，电流表应用内接法；③表示电阻和电源的 I-U 图线 的交点表示通过电阻的电流和电阻两端电压。 2．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 （PTC）在温度升高时电阻值增大，负温度系数电阻器（NTC）在温度升高时电阻值减小，热 敏电阻的这种特性，常常应用在控制电路中．某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻 Rx （常温下阻值约为 10．0 Ω）的电流随其两端电压变化的特点． A．电流表 A（量程 0．6 A，内阻约 0．3 Ω） B．电压表 V（量程 15．0 V，内阻约 10 kΩ） C．滑动变阻器 R（最大阻值为 10 Ω） D．滑动变阻器 R′（最大阻值为 500 Ω） E．电源 E（电动势 15 V，内阻忽略） F．电键、导线若干 （1）实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，应 选择的滑动变阻器是 ．（只需填写器材前面的字母即可） （2）请在所提供的器材中选择必需的器材，在下面的虚线框内画出该小组设计的电路图． （3）该小组测出热敏电阻 R1 的 U-I 图线如图甲中曲线Ⅰ所示，说明该热敏电阻是热敏电阻．（填 PTC 或 NTC） （4）该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻 R2 的 U-I 图线如图甲中曲线Ⅱ所示．然后又将热 敏电阻 R1、R2 分别与某电池组连成如图乙所示电路．接通对应电路后，测得通过 R1 和 R2 的电 流分别为 0．30 A 和 0．60 A，则该电池组的电动势为 V，内阻为 Ω．（结果 均保留三位有效数字） 【答案】（1）C （2）见图 （3）PTC （4）10．0（9．60～11．4） 6．67（6．00～8．00） （3）由图 2 曲线 I 所示图线可知，随电压增大，电流增大，电阻实际功率增大，温度升高， 电压与电流比值增大，电阻阻值增大，即随温度升高，电阻阻值增大，该电阻是正温度系数 （PTC）热敏电阻。 （4）在闭合电路中，电源电动势： E U Ir  ，由图 2 曲线 II 所示可知，电流为 0.3A 时，电 阻 1R 两端电压为 8V ，电流为 0.60A 时，电阻 2R 两端电压为 6.0V ，则： 8 0.3E r  ， 6 0.6E r  ， 解得： 10.0E V ， 6.67r   。 【名师点睛】本题考查了实验器材的选择、设计实验电路、判断电阻类型、求电源电动势与 内阻；确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的关键；当实验要求电压从零调时， 变阻器应采用分压式接法，变阻器的阻值越小越方便调节；当待测电阻阻值远小于电压表内 阻时电流表采用外接法。 3．使用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏 -安特性，测得 I-U 图象如图所示．已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为 30cm，变阻器的 最大阻值为 22．5Ω，电源电动势为 6V，内阻不计． （1）在如图的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画 出完整的电路图．要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大． （2）根据 I-U 图象可知：从 A 到 B 的过程中灯泡的电阻逐渐______（选填“增大”、“减小”）， 改变的阻值为______Ω． （3）在获得 A→B 段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了______cm 的长度． 【答案】（1）电路图如图所示；（电流表内、外接均可） （2）增大；5；（3）10． 【解析】（1）滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，滑片左移灯泡电压变大，灯泡 与滑动变阻器右半部分电阻丝并联，电路图如图所示： 【名师点睛】本题考查了作电路图、分析灯泡电阻变化情况、求电阻的变化、求滑片移动距 离等问题；电压表与电流表从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法；分析清楚电路结 构、应用欧姆定律即可正确解题。 4．下列为某组同学的“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。 （1）请挑选合适的电表量程，在右图 1 中，完成余下的电路连线。要求小灯泡两端的电压能 从零开始连续变化。 （2）根据上述电路，测量得到了一组实验数据，并在 I-U 图中描点连线后得到如下图线 a。 该组同学为了进一步研究温度对电阻的影响，将小灯泡玻璃敲碎后，使灯丝倒置浸在油杯中 （如图 2 所示），使灯丝的温度在开始阶段基本不变，更换电表的量程后，再次完成上述实验， 得到实验数据如下表所示。请用表中数据在坐标纸上描点，并作出 I-U 图线 b。 图 2 （3）根据上述的 I-U 图像，比较 a、b 两条图线的异同，并说明原因。 【答案】（1）⑴连线如图所示。⑵如右图所示，描点、连线正确。⑶比较异同：a 图线中表明 小灯泡灯丝电阻变化明显，b 图线表明小灯泡灯丝在电压较小时电阻变化不明显，电压超过一 定值，电阻明显增大。 原因：灯丝温度不变时，电阻不变；随着电压升高，灯丝散热不及，温度升高，电阻变大。 【解析】（1）本实验中应采用滑动变阻器分压接法和电流表外接法，故实物图如图所示； （2）根据描点法可得出对应的图象如图所示； 次数 n 1 2 3 4 5 6 电压/V 0 0．50 1．00 1．50 2．00 2．50 电流/A 0 0．20 0．40 0．58 0．72 0．80 【名师点睛】本题考查测量灯泡的伏安特性曲线实验，要注意明确实验原理，并且掌握分析 图象的基本方法，能从图象中找出电阻的变化。 5．某课外小组准备描绘一小灯泡（2．5V 0．75 W）的伏安特性曲线，实验台上摆放有以 下器材：电压表（量程 3V，内阻约 3kΩ），．电流表（量程 0．6A，内阻约 0．5Ω），滑动 变阻器甲和乙（其最大阻值标称值都模糊不清），干电池 2 节，单刀单掷开关，多用电表， 导线若干。 （1）由于该实验要用到滑动变阻器，但提供的两只滑动变阻器最大阻值的标称值模糊不清， 影响了他们的选择，该小组研究决定先用多用电表粗测两只滑动变阻器的最大阻值，其测量 结果如甲、乙图甲示，其中乙图的测量值是▲ Ω ，本实验应选择（填“甲”或“乙”）滑动 变阻器。 （2）小新同学按照所选择的器材，根据实验原理连接了部分电路如右图，请你在图中画出剩 余导线的连接。 （3）在闭合电键前，滑动变阻器的滑动片应位于滑动变阻器的端（填“左”或“右”）。 【答案】（1）200，甲； （2）如图所示： （3）左． （3）由图可知，测量电路与滑动变阻器左侧并联，故开始时为了让电压最小，滑片应滑到最 左侧。 【名师点睛】本题考查测量灯泡伏安特性曲线的实验，要注意明确实验中滑动变阻器及电流 表的接法，同时注意仪表的选择。 6．某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为 3kΩ）、 电流表（内阻约为 1Ω）、定值电阻等 （1）使用多用电表粗测元件 X 的电阻，选择“×1”欧姆档测量，示数如图 1a 所示，读数为 ______Ω，据此应选择图 1 中的_________（填“b”或“c”）电路进行实验。 （2）连接所选电路，闭合 S；滑动变阻器的滑片 P 从左向右滑动，电流表的示数逐渐______ （填“增大”或者“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y，重复实验。 （3）图 2（a）是根据实验数据做出的 U-I 图线，由图可判断元件_________（填“X”或“Y”） 是非线性原件。 （4）该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R=21Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势 E 和内阻 r，如图 2（b）所示，闭合 1S 和 2S ，电压表读数为 3．00V，断开 2S ，读数为 1．00V， 利用如图 2（a）可算出 E=_________V，r=__________Ω（结果均保留两位有效数字，视电压 表为理想电压表）。 【答案】（1）10，b；（2）增大；（3）Y；（4）3．2，0．50 （3）由图 2（a）可知，X 对应的 U-I 关系图线为直线，Y 对应的 U-I 关系图线为曲线，即 Y 是非线性元件。 （4）由图 2（a）可知，当线性元件 X 两端电压为 3．00V 时，对应流经它的电流为 0．30A， 电压为 1．00V 时，对应流经它的电流为 0．10A，所以元件 X 的电阻为 RX＝10Ω，根据闭合电 路欧姆定律 E＝I（ 外R ＋r）可知，当闭合 S1 和 S2 时，R 被短路，E＝0．30A×（RX＋r），断开 S2 后，R 与元件 X 串联接在电源两端，E＝0．10A×（RX＋R＋r），解得：E＝3．15V＝3．2V，r ＝0．50Ω。 【名师点睛】知道串联电路中电阻、电流和电压的关系，会正确使用滑动变阻器，会根据欧 姆定律判断电压表和电流表示数的变化．关键掌握滑动变阻器分压式和限流式的区别，电流 表内外接的区别，以及会通过图线求解电源的电动势和内阻。 7．某学习小组要描绘一只小电珠（ 2.5V ，0.5A ）的伏安特性曲线，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： A、电源 E（电动势为 6.0V ，内阻不计） B、电压表 1V （量程为 0 3.0V ，内阻约为 2k ） C、电压表 2V （量程为 0 15.0V ，内阻约为 6k ） D、电流表 1A （量程为 0 0.6A ，内阻约为1 ） E、电流表 2A （量程为 0 100mA ，内阻约为 2 ） F、滑动变阻器 1R （最大阻值10 ） G、滑动变阻器 2R （最大阻值 2k ） ①为了减小实验误差，实验中电压表应选择，电流表应选择，滑动变阻器应选择（填器材的 序号）。 ②为提高实验精度，请你为该学习小组设计电路图，并画在下面的方框中。 ③右表中的各组数据是此学习小组在实验中测得的，根据表格中的数据在方格纸上作出该电 珠的伏安特性曲线。 ④如果用一个电动势为1.5V ，内阻为 3 的电源与该小电珠组成电路，则该小电珠的实际功率 为 W（保留一位有效数字）。 【答案】①B，D，F ②如图所示： ③如图所示： ④ 0.2W ③根据表格中的数据描点作图，用平滑曲线连接，如图所示： ④电源外电压 1.5 3U E Ir I    ，作出U I 图线，交点对应的电流 0.25I A ， 0.75U V ，则 0.75 0.25 0.2P UI W W    。 【名师点睛】器材的选择要精确、安全，从这两个角度出发，选择合适的器材；电压和电流 需从零开始测起，滑动变阻器采用分压式接法，通过灯泡的电阻大小确定电流表的内外接； 根据表格中的数据描点作图，用平滑曲线连接；作出电动势为1.5V ，内阻为 3 的电源的外电 压和电流关系图线，与伏安特性曲线的交点对应的坐标表示实际的电压和电流，根据 P UI 求 出小灯珠的实际功率。 8．用下列器材组装成一个电路,既能测量出电池组的电动势 E 和内阻 r,又能同时描绘小灯泡 的伏安特性曲线． A．电压表 V1（量程 6V、内阻很大） B．电压表 V2（量程 3V、内阻很大） C．电流表 A（量程 3A、内阻很小） D．滑动变阻器 R（最大阻值 10Ω、额定电流 4A） E．小灯泡（2A、5W） F．电池组（电动势 E、内阻 r） G．开关一只,导线若干 实验时,调节滑动变阻器的阻值,多次测量后发现:若电压表 V1 的示数增大,则电压表 V2 的示数 减小． （1）请将设计的实验电路图在虚线方框中补充完整 ． （2）每一次操作后,同时记录电流表 A、电压表 V1 和电压表 V2 的示数,组成两个坐标点（I1,U1）、 （I1、U2）,标到 U－I 坐标中,经过多次测量,最后描绘出两条图线,如图所示,则电池组的电动 势 E＝________V、内阻 r＝________Ω．（结果保留两位有效数字） （3）在 U－I 坐标中两条图线在 P 点相交,此时滑动变阻器连入电路的阻值应为________Ω． 【答案】（1）如图所示；（2）4．5；1．0 （3）0 （2）电源的 U-I 图象是一条倾斜的直线，由图象可知，电源电动势 E=5．5V，电源内阻 5.5 2.0 1.03.5 Ur I     V V ． （3）由图乙所示图象可知，两图象的交点坐标，即灯泡电压 UL=3．5V，此时电路电流 I=2．0A， 电源电动势 E=Ir+UL+IR 滑，即 5．5V=2．0A×1Ω+3．5V+2．0A×R 滑，则 R 滑=0Ω 【名师点睛】电源的 U-I 图象与纵轴的交点是电动势，图象斜率的绝对值等于电源内阻，求 电源内阻时要注意看清楚纵轴坐标起点数据是多少，否则容易出错。 9．二极管是一种半导体元件，它的符号为 ，其特点是具有单向导电性，即电流从正极 流入时电阻比较小，而从负极流入时电阻比较大． （1）某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线．因二极管外壳所印的 标识 模糊，为判断该二极管的正、负极，他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反 向电阻．其步 骤是:将选择开关旋至合适倍率，进行欧姆调零，将黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右 端时，指针偏角比较小．然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量，指针偏角比较大，由此 判断 端为二极管的正极．（选填“左”、“右”） （2）厂家提供的伏安特性曲线如右图，为了验证厂家提供的数据，该小组对加反向电压 时 的伏安特性曲线进行了描绘，可选用的器材有： A．直流电源 E:电动势 5 V，内阻忽略不计 B．直流电源 E:电动势 50 V，内阻忽略不计 C．滑动变阻器及：0〜20  D．电压表 V1:量程 45 V、内阻约 500 k  E．电压表 V2:量程 3 V、内阻约 20 k  F．电流表量程 300 mA、内阻约 400  G．电流表 mA:量程 50 mA、内阻约 5  H．待测二极管 D Ⅰ．单刀单掷开关 S，导线若干 ①为了提高测量结果的准确度，选用的器材: ．（填序号字母） ②为了达到测量目的，请在答题卡上虚线框内画出正确的实验电路原理图． ③为了保护二极管，反向电压不要达到 40 V，请你对本实验的设计或操作提出一条合理的建 议： 【答案】（1）右；（2）①BCDFHI；②原理图如图；③a、在二极管支路串入一阻值合适的限流 电阻起保护作用；b、闭合开关前滑动触头停在最左端，向右移动滑动触头时应缓慢进行，同 时仔细观察电流表示数变化，以防止电流超过 25m。 【名师点睛】本题考查了欧姆表的原理及伏安特性曲线，综合性较强，要求学生能全面掌握 实验知识；注意欧姆表的原理及分压接法等基本原理。 10．小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而变大，某同学利用实验探究这一现象．所提供的器材 有： A．电流表（A1） 量程 0﹣0．6A，内阻约 0．125Ω B．电流表（A2） 量程 0﹣3A，内阻约 0．025Ω 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 15kΩ E．滑动变阻器（R1）总阻值约 10Ω F．滑动变阻器（R2）总阻值约 200Ω G．电池（E）电动势 3．0V，内阻很小 H．导线若干，电键 K 该同学选择仪器，设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据： I/A 0 0．12 0．21 0．29 0．34 0．38 0．42 0．45 0．47 0．49 0．50 U/V 0 0．20 0．40 0．60 0．80 1．00 1．20 1．40 1．60 1．80 2．00 （1）请你推测该同学选择的器材是：电流表为，电压表为，滑动变阻器为（以上均填写器材 前面字母）． （2）请你推测该同学设计的实验电路图并画在图甲的方框中． （3）若将该小灯泡直接接在电动势是 1．5V，内阻是 2．0Ω的电池两端，小灯泡的实际功 率为 W． 【答案】（1）A，C，E；（2）电路图如图所示；（3）0．28W （3）在灯泡的 U﹣I 图象坐标系内作出电源的 U﹣I 图象如图所示，它与小灯泡的伏安特性曲 线的交点坐标就是小灯泡的工作点，由图象可知，小灯泡的实际电流为 0．34A（0．33﹣0．35A 均正确），电压为 0．81A，（0．80﹣0．82V 均正确），功率 P=IU=0．34×0．81≈0．28W． 【名师点睛】本题考查了实验电路的设计，设计实验电路是实验常考问题，设计实验电路的 关键是根据题目要求确定滑动变阻器采用分压接法还是采用限流接法，根据待测电路元件电 阻大小与电表内阻间的关系确定电流表采用内接法还是外接法。