高考物理一轮复习第7章恒定电流实验8描绘小电珠的伏安特性曲线模拟新人教版选修3-1

高考物理一轮复习第7章恒定电流实验8描绘小电珠的伏安特性曲线模拟新人教版选修3-1

实验 8 描绘小电珠的伏安特性曲线 1．(2016·天津卷)某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线， 要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有： 导学号 51342833 电压表 V1(量程 0～3V，内阻等于 3kΩ) 电压表 V2(量程 0～15V，内阻等于 15kΩ) 电流表 A1(量程 0～200mA，内阻等于 10Ω) 电流表 A2(量程 0～3A，内阻等于 0.1Ω) 滑动变阻器 R1(0～10Ω，额定电流 2A) 滑动变阻器 R2(0～1kΩ，额定电流 0.5A) 定值电阻 R3(阻值等于 1Ω) 定值电阻 R4(阻值等于 10Ω) 定值电阻 R5(阻值等于 1kΩ) 电源 E(E＝6V，内阻不计) (1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。 (2)该同学描绘出的 I－U 图象应是下图中的__B__。 [答案] (1)如图所示 [解析] (1)描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时，需要设计成滑动变阻器的分压接法，滑 动变阻器应选择与小灯泡阻值相接近的 R1。给出的元件电压表 V1 量程小于小灯泡的额定电压， 电压表 V2 量程又太大，因此需要将电压表 V1 串联一个 1kΩ的定值电阻 R5，改装成最大量程为 4V 的电压表。给出的元件电流表 A，量程小于小灯泡的额定电流，电流表 A2 量程又太大，因 此需要将电流表 A1 并联一个 10Ω的定值电阻 R4，改装成最大量程为 400mA 的电流表。 (2)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以该同学绘出的小灯泡 I－U 图象应 是 B。 2．(2015·浙江理综)图 1 是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连 接图。 导学号 51342834 (1)根据图 1 画出实验电路图； (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图 2 中的①、②、③、④所示， 电流表量程为 0.6A，电压表量程为 3V。所示读数为：①__0.10A__、②__0.24A__、③__2.00V__、 ④__0.27_V__。两组数据得到的电阻分别为__(8.3±0.1)Ω和__(2.7±0.1)Ω(后两空如填为 (2.7±0.1)Ω和(8.3±0.1)Ω也行)__。 [答案] (1)如图 [解析] (1)从实物图中可知电压表测量灯泡两端电压，电流表采用外接法，滑动变阻器 采用分压接法，故电路图如图所示 (2)电流表的量程为 0.6 A，所以每小格表示的分度值为 0.02 A，故①的读数为 0.10 A， ②的读数为 0.24 A，电压表的量程为 3 V，则每一小格表示 0.1 V，所以③的示数为 2.0 V， ④的示数为 0.27 V，电压小，两端的电流小，故①④为同一组数据，故得到的电阻为 R＝0.27 0.1 ＝2.7 Ω，②③为另外一组数据，故得到的电阻为 R＝ 2.0 0.24 ＝8.3 Ω。 3．(2015·福建理综)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如 图甲所示，现已完成部分导线的连接。 导学号 51342835 (1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大， 请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接； (2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为__0.44__A； (3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将__4__只相同的小电珠 并联后，直接与电动势为 3V、内阻为 1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大， 其总功率的值约为__2.22～2.28__W(保留两位小数)。 [答案] (1)连线如图 [解析] (1)利用分压法连接电路，注意使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出。 (2)电流表示数为(0.4＋0.02×2)A＝0.44A (3)小电珠总功率最大，即电源输出功率最大， P 出 max＝E2 4r ＝2.25W 又因为 P 出＝EI－I2r，所以 2.25＝3I－I2 解得 I＝1.5A 小电珠两端电压 U＝ E－Ir＝1.5V，由图丙知 U＝1.5V 时，流过小电珠的电流为 I′＝ 0.379A，所以并联的小电珠个数 N＝ I I′ ≈4 时，小电珠总功率最大。此时 E＝U＋4Ir，代入 数据得 U＝3－4I，在题中 U－I 图线中作出其图线，将两图线交点坐标值代入 P 出＝4UI 得小 电灯的最大总功率。 4．(2017·湖北武汉部分学校联考)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“5V,2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有： 导学号 51342836 A．直流电源(电动势约为 5V，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 15kΩ) E．直流电压表(量程 0～5V，内阻约为 10kΩ) 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 1kΩ，允许通过的最大电流为 0.5A) 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__C__，电压表应选用__E__，滑动变阻器应选用__F__(均用序号 字母表示)。 (2)请按要求将图甲中所示的器材连成实验电路。 (3)某同学通过实验正确作出了小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。现把实验中使用的小 灯泡接到如图丙所示的电路中，其中电源电动势 E＝6V，内阻 r＝1Ω，定值电阻 R＝9Ω，此 时灯泡的实际功率为__0.80(0.78～0.86 均可)__W。(结果保留两位有效数字) [答案] (2)见解析图 [解析] (1)灯泡的额定电压为 5V，因此电压表选择量程大于等于 5V 的即可，故选 E； 灯泡的额定电流 I＝2.5W 5V ＝0.5A，故电流表应选择 C；因本实验采用分压接法，滑动变阻器应 选最大阻值较小的，故滑动变阻器选择 F。 (2)本实验要求多测几组数据，故滑动变阻器采用分压接法，同时因电流表内阻与灯泡内 阻接近，故电流表选用外接法，实物图如图甲所示。 (3)将定值电阻等效为电源内阻，作出等效电源的伏安特性曲线如图乙所示，与灯泡的伏 安特性曲线的交点为灯泡的工作点，由图可知，此时灯泡的电压为 2.1V，电流为 0.38A，则 灯泡的功率 P＝UI＝2.1×0.38W≈0.80W。 5．(2016·江苏百校联考)某物理兴趣小组想测绘一个标有“4V 2.4W”小电风扇(线圈 电阻恒定)的伏安特性曲线，电风扇两端的电压需要从零逐渐增加到 4V，并便于操作。实验 室备有下列器材： 导学号 51342837 A．电池组(电动势为 4.5V，内阻约为 1Ω) B．电压表(量程为 0～6V，内阻约为 4kΩ) C．电流表 A1(量程为 0～0.6A，内阻约为 0.2Ω) D．电流表 A2(量程为 0～3A，内阻约为 0.5Ω) E．滑动变阻器 R1(最大阻值 20Ω，额定电流 1A) F．滑动变阻器 R2(最大阻值 1750Ω，额定电流 0.3A) G．开关和导线若干 (1)实验中所用的电流表应选__C__(填“C”或“D”)，滑动变阻器应选__E__(填“E”或 “F”)。 (2)请用笔画线代替导线将图甲实物图连接成符合这个实验要求的电路。 (3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数大于 0.5V 时电风扇才开始转动， 小电风扇的伏安特性曲线如图乙所示，则电风扇的电阻为__2.5__Ω，正常工作时的机械功率 为__1.5__W。 [答案] (2)如图所示 [解析] (1)小电风扇的额定电流 I 额＝P 额 U 额 ＝0.6A，因此电流表选 C，滑动变阻器采用分 压式接法，故选总阻值较小的 E。 (3)电压小于 0.5V 时小电风扇不转动，属于纯电阻，r＝0.5V 0.2A ＝2.5Ω；由图可知当电压 为 4V 时，I＝0.6A，P 机＝UI－I2r＝1.5W。 6．(2016·北京朝阳区期末联考)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的 规格为“2.0V,0.5A”。备有下列器材： 导学号 51342838 A．电源 E(电动势为 3.0V，内阻不计) B．电压表 V1(量程 0～3V，内阻约 1kΩ) C．电压表 V2(量程 0～15V，内阻约 4kΩ) D．电流表 A1(量程 0～3A，内阻约 0.1Ω) E．电流表 A2(量程 0～0.6A，内阻约 0.6Ω) F．滑动变阻器 R1(0～5Ω，3.0A) G．滑动变阻器 R2(0～200Ω，1.25A) H．开关和若干导线 为了尽可能准确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线，请完成以下内容。 (1)实验中电压表应选用__B__，电流表应选用__E__，滑动变阻器应选用__F__(请填写选 项前对应的字母)。 (2)图甲是实物电路，请你不要改动已连接的导线，把还需要连接的导线补上。 (3)某同学完成该实验后，又找了另外两个元件，其中一个是由金属材料制成的，它的电 阻随温度的升高而增大，而另一个是由半导体材料制成的，它的电阻随温度的升高而减小。 他又选用了合适的电源、电表等相关器材后，对其中的一个元件进行了测试，测得通过其中 的电流与加在它两端的电压数据如下表所示： U/V 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60 I/A 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.81 3.20 请根据表中数据在图乙中作出该元件的 I－U 图线；该元件可能是由__半导体__(填“金 属”或“半导体”)材料制成的。 (4)在(3)的基础上，该同学进一步分析，如果让一节电动势为 1.5V、内阻为 0.5Ω的干 电池只对该元件供电，则该元件消耗的功率为__1.0(0.98～1.1 之间)__W(结果保留两位有效 数字)。 [答案] (2)如图甲所示 (3)I－U 图线如图乙所示 [解析] (1)因电源电压为 3V，故电压表应选用 B；灯泡的额定电流为 0.5A，则电流表 应选用 E；因滑动变阻器要采用分压式接法，故滑动变阻器应选用总阻值较小的 F。 (3)由该元件的 I－U 图线的特征可知，元件的电阻随温度升高而减小，可知该元件可能 是由半导体材料制成的。 (4)在元件的 I－U 图象中作出电源的 U－I 图线，由图丙可知交点坐标 I＝1.1A，U＝ 0.95V，则元件消耗的功率为 P＝IU≈1.0W。