【物理】2020届一轮复习人教版第八章第5节实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线率学案

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【物理】2020届一轮复习人教版第八章第5节实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线率学案

第 5 节 实验:描绘小灯泡的伏安特性曲线 夯实基础 【p143】 一、实验目的 描绘小灯泡的伏安特性曲线,并分析曲线的变化规律. 二、实验原理 1.实验电路(如图所示):电流表采用外接(小灯泡电阻很小),滑动变阻器采用分压式(使电压能从零 开始连续变化) 2.实验原理:用电压表和电流表可以分别测出多组小灯泡的电压和电流值,在坐标纸的 I-U 坐标系 中描出各个点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来. 三、实验器材 学生电源(4~6 V 直流),小灯泡(“4 V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”),电流表(内阻较小),电压表 (内阻很大),滑动变阻器,开关和导线. 四、实验步骤 1.连接电路:确定电流表、电压表的量程,按实验电路图连好电路.(注意开关应断开,滑动变阻器 与灯泡并联部分电阻为零). 2.测量数据:闭合开关 S,调节滑动变阻器,使电流表、电压表有较小但明显的示数,记录一组电压 U 和电流 I 值. 3.重复测量:用同样的方法测量并记录 12 组 U 值和 I 值. 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电压 U/V 电流 I/A 4.整理器材:断开开关 S,整理好器材. 5.描绘曲线:在坐标纸上,以 U 为横坐标、I 为纵坐标建立直角坐标系,并根据表中数据描点,先观 察所描点的走向,再用平滑曲线连接各点得到 I-U 图线. 五、注意事项 1.本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法. 2.本实验要作出 I-U 图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压式 接法. 3.为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于图中的左端. 4.加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压. 5.连图线时曲线要平滑,绝对不要出现折线. 六、误差分析 1.由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,对电路的影响会带来误差,电流表外接,则电流表 示数偏大. 2.测量时读数带来误差. 3.在坐标纸上描点、作图时带来误差. 考点 1 ? 器材选用、电路设计 【p143】 考点突破 例 1 为测定标有“4.5 V 2 W”字样小灯泡的伏安特性曲线,有下列器材可供选用: A.电压表 V1(0~3 V,内阻为 3 kΩ) B.电压表 V2(0~15 V,内阻为 15 kΩ) C.电流表 A(0~0.6 A,内阻约 1 Ω) D.定值电阻 R0(阻值为 3 kΩ) E.滑动变阻器 R(10 Ω,2 A) F.学生电源(直流 6 V,内阻不计) G.开关、导线若干 (1)为使实验误差尽可能小,并要求从零开始多取几组数据,下图所示的四幅电路图中满足实验要求 的是______.该实验电路图中○,X)是电压表________(填“V1”或“V2”);该电路图中小灯泡两端电压 U 与对应电压表读数 UV 的比值U UV =________. (2)正确连接电路,闭合开关前,将滑动变阻器的滑片 P 应移到________(填“a”或“b”)端;实验 操作中,为使灯泡不被烧坏,当观察到电表○,X)的示数接近________V 时,要特别注意滑动变阻器的调节. 【解析】(1)实验要求从零开始取数据,所以滑动变阻器接成分压式电路,甲、丙错;绘制伏安特性 曲线,应该使灯泡两端电压由 0~4.5 V 连续变化,如果用 0~15 V 量程电压表测量,其最小分度值为 0.5 V,测量误差较大,所以选用 0~3 V 量程的电压表 V1,再串联定值电阻,将其改装为 6 V 量程的电压表, 所以乙正确.由分压规律可知,U UV =2. (2)正确连接电路,闭合开关前,应使灯泡两端电压最小,故滑动变阻器的滑片应移到 a 端;由于电 压表内阻与定值电阻阻值相等,由分压规律可知,当电压表读数接近 2.25 V 时,小灯泡两端电压接近 4.5 V 的额定电压. 【答案】(1)乙 V1 2 (2)a 2.25 针对训练 1.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__ABEFG__.(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 1 所示.某次测量时,电流表指针位置如图 2 所示,电 流表读数为__0.40__ A,此时小灯泡的实际功率为__2.4__W. (3)根据 I-U 图象可知:从 A 点 IA=0.30 A 到 B 点 IB=0.50 A 的过程中小灯泡的电阻逐渐__增大__(选 填“增大”或“减小”),改变的阻值约为__10.7__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__15__cm. 【解析】(1)根据小灯泡规格“12 V 5 W”可知额定电流 I 额=P 额 U 额 = 5 12 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 ABEFG. (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 图象可知 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)电路如图所示,根据 I-U 图象可知 RA= 4 0.3 Ω=13.3 Ω、RB= 12 0.50 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 IL=0.30 A,由串并联电路特点及欧姆定律可得, 4 V R +0.3 A ×(18 Ω-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 8 18 ×27 cm=12 cm;在获得 AB 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. 考点 2 ? 数据的处理 【p144】 考点突破 例 2 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,小灯泡的规格为“2.0 V 0.5 A”.备有下列器材: A.电源 E(电动势为 3.0 V,内阻不计) B.电压表 V1(量程 0~3 V,内阻约 1 kΩ) C.电压表 V2(量程 0~15 V,内阻约 4 kΩ) D.电流表 A1(量程 0~3 A,内阻约 0.1 Ω) E.电流表 A2(量程 0~0.6 A,内阻约 0.6 Ω) F.滑动变阻器 R1(0~5 Ω,3.0 A) G.滑动变阻器 R2(0~200 Ω,1.25 A) 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________,电流表应选用________,滑动变阻器应选用________(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__________(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 1.5 V、内阻为 0.5 Ω的干电池只对该 元件供电,则该元件消耗的功率为__________W(结果保留两位有效数字). 【解析】(1)因电源电压为 3 V,故电压表应选用 B;灯泡的额定电流为 0.5 A,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=1.1 A,U=0.95 V,则元件 消耗的功率为 P=IU≈1.0 W. 【答案】(1)B E F (2)如图甲所示 (3)I-U 图线如图乙所示 半导体 (4)1.0(0.98~1.1 之间) 针对训练 2.某同学在实验室发现一废旧电阻元件,其上标注“2.5 V 1.2 W”的字样,为描绘出该元件的 U -I 图线,该同学在实验室找到了下列实验器材: A.直流电源(电动势 E=3 V,内阻不计) B.电流表(量程 0~3 mA,内阻为 1 Ω) C.电流表(量程 0~0.6 A,内阻约为 1 Ω) D.滑动变阻器(阻值范围 0~5 Ω,允许通过的最大电流为 0.6 A) E.滑动变阻器(阻值范围 0~50 Ω,允许通过的最大电流为 0.6 A) F.定值电阻(阻值为 999 Ω) G.定值电阻(阻值为 99 Ω) H.开关、导线若干 (1)电流表应选__C__;由于没有电压表,应将电流表__B__和定值电阻__F__串联后作为电压表使用; 滑动变阻器应选__D__.(填写器材前的字母标号) (2)如图甲所示为该同学连接的部分电路,请你帮助他完成剩余部分的连线. __如图所示__ (3)该同学通过实验得到该元件的 U-I 图线如图乙所示,由图线可知,该元件的阻值随温度的升高而 __增大__(选填“增大”“不变”或“减小”),若将该元件直接接到电动势为 1.5 V、内阻为 2 Ω的电源 上,该元件消耗的功率为__0.28__W__. 【解析】(1)实验中电流表选用量程为 0~0.6 A 的 C,需将另一电流表 B 和 F 串联,改装为量程为 3 V 的电压表,描绘该元件的 U-I 图线时,电压应从零开始测量,故应采用分压电路,为了便于操作,滑动 变阻器选择 D. (2)实物连线中,由于待测元件阻值较小,电流表分压作用明显, 故电流表应采用外接法. (3)从题图乙中图线判断,电流增大,元件的阻值增大;直接接在电源上时,有 U=1.5-2I(V),作出 此时该元件的 U-I 图线,如图所示,两图线的交点即为元件的实际电流与电压,故该元件消耗的功率 P =0.28 W. 考点 3 ? 实验的创新 【p145】 考点突破 例 3 某同学想要描绘标有“3.8 V 0.3 A”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: 电压表 V1(量程 0~3 V,内阻等于 3 kΩ) 电压表 V2(量程 0~15 V,内阻等于 15 kΩ) 电流表 A1(量程 0~200 mA,内阻等于 10 Ω) 电流表 A2(量程 0~3 A,内阻等于 0.1 Ω) 滑动变阻器 R1(0~10 Ω,额定电流 2 A) 滑动变阻器 R2(0~1 kΩ,额定电流 0.5 A) 定值电阻 R3(阻值等于 1 Ω) 定值电阻 R4(阻值等于 10 Ω) 定值电阻 R5(阻值等于 1 kΩ) 电源 E(E=6 V,内阻不计) (1)请画出实验电路图,并将你选用的元件字母代码标在该元件的符号旁. K (2)按你设计的电路图,把实物图连成实验电路,在图上标出元件字母代码. (3)该同学描绘出的 I-U 图象应是下图中的________. 【解析】(1)用电压表 V1 和 R5 串联,可改装成量程为 U=Ug rg (rg+R5)=3 3 ×(3+1)V=4 V 的电压表;用量 程为 200 mA 的电流表 A1 与定值电阻 R4 并联可改装为量程为 I=Ig+Igrg R4 =0.2 A+0.2×10 10 A=0.4 A 的电 流表;待测小灯泡的阻值较小,故采用电流表外接,电路图如图所示. (2) (3)小灯泡的电阻随温度升高而变大,故该同学描绘出的 I-U 图象应该是 B. 【答案】(1)见解析图 (2)见解析图 (3)B 【小结】①如果知道电压表的内阻和它两端的电压,则通过它的电流 IV=UV RV ,即电压表可当电流表使 用,IV 很小. ②如给出的电表量程不符合尽量减小读数误差又能安全使用的要求,则要利用给出的定值电阻,从中 选用适当的给电表扩大量程. ③连实物图时,可以先一个一个“零件”连好,然后各“零件”组装成一个“系统”.例如:可以先 连接测量系统,注意分清电流表是内接还是外接;再连接控制系统,注意分清滑动变阻器是连成限流式还 是分压式. ④描点时要严格按数据描,描好后先看点的大致分布,判断是直线型还是曲线型,画直线要使不在直 线上的点对称分布在直线两旁,画曲线要平滑. 针对训练 3.LED 二极管的应用是非常广泛的,2014 年诺贝尔物理学奖被授予了日本科学家赤崎勇、天野浩和 美籍日裔科学家中村修二,以表彰他们发明了蓝色发光二极管(LED),并因此带来的新型节能光源.某同 学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线,实验测得它两端的电压 U 和通过它的电流 I 的数据如下表所示. U/V 0.0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/mA 0.0 0.9 2.3 4.3 6.8 12.0 19.0 30.0 实验室提供了以下器材: A.电压表(量程 0~3 V,内阻约 20 kΩ) B.电压表(量程 0~15 V,内阻约 100 kΩ) C.电流表(量程 0~50 mA,内阻约 40 Ω) D.电流表(量程 0~0.6 A,内阻约 2 Ω) E.滑动变阻器(阻值范围 0~20 Ω,允许最大电流 2 A) F.电源(电动势 6 V,内阻不计) G.开关,导线若干 (1)该同学做实验时,电压表选用的是__A__,电流表选用的是__C__(填选项字母). (2)如图甲中的实物连线已经连了部分电路,请按实验要求将实物图中的连线补充完整. __见解析图甲__ (3)根据表中数据,请在图乙中画出该二极管的 I-U 图线. __见解析图乙__ (4)若此发光二极管的最佳工作电流为 15 mA,现将此发光二极管与电动势为 3 V、内阻不计的电池组 相连,还需串联一个阻值 R=__53__ Ω的电阻,才能使它工作在最佳状态.(结果保留两位有效数字) 【解析】(1)根据实验数据表可知电压最大为 2.80 V,最大电流为 30.0 mA,所以电压表应选择 A,电 流表应选择 C. (2)通过估算二极管的阻值可知满足RV Rx >Rx RA ,所以电流表应用外接法. 由于电流、电压从零开始调节,所以滑动变阻器应采用分压式接法,连线图如图甲所示. (3)画出的 I-U 图象如图乙所示 (4)根据闭合电路欧姆定律应有 I= E Rx+R ,由 I-U 图象可读出 I=15 mA 时对应的电压 U=2.2 V,可 求出 Rx≈146.7 Ω,代入数据解得 R≈53 Ω. 考 点 集 训 【p319】 1.一只小灯泡,标有“3 V 1.5 W”的字样.现要描绘小灯泡 0~3 V 的伏安特性曲线.实验器材有: A.最大阻值为 10 Ω的滑动变阻器 B.电动势为 6 V、内阻约为 1.0 Ω的电源 C.量程为 0~0.6 A、内阻约为 1.0 Ω的电流表 A1 D.量程为 0~3 A、内阻约为 0.1 Ω的电流表 A2 E.量程为 0~3 V、内阻约为 6 kΩ的电压表 V1 F.量程为 0~15 V、内阻约为 10 kΩ的电压表 V2 G.开关、导线若干 (1)电压表应选用__E__;电流表应选用__C__.(将选项代号的字母填在横线上) (2)在该实验中,设计了如图所示的四个电路.为了减小误差,应选取的电路是__C__(将选项代号的 字母填在横线上). (3)以下是该实验的操作步骤: A.将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路; B.调节滑动变阻器滑片的位置,保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值最大; C.闭合开关,记下电压表、电流表的一组示数(U1,I1),移动滑动变阻器的滑片,每移动一次记下一 组(U,I)值,共测出 12 组数据; D.按所测数据,在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来,得出小灯泡的伏安特性曲线. 指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改. __步骤 B 不妥,闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零;步骤 D 有错,应为按所测 数据,在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来.__ 【解析】(1)因为小灯泡的额定电压为 3 V,故电压表选 E;小灯泡的额定电流 I=P U =1.5 3 A=0.5 A, 故电流表选 C. (2)小灯泡在额定电压下的电阻 R=U I =6 Ω,由于RV R >R RA ,故电流表外接.描绘伏安特性曲线时,电压 从零开始,需用滑动变阻器的分压式接法,选 C. 2.某实验小组在进行课外实验探究中,要描绘一个标有“3.8 V 1 W”的小灯泡的 R-U 曲线,除了 导线和开关外,还有以下器材可供选择: A.电压表 V(量程 0~5 V,内阻约为 5 kΩ) B.直流电源 E(电动势 4.5 V,内阻不计) C.电流表 A1(量程 0~300 mA,内阻约为 1 Ω) D.电流表 A2(量程 0~800 mA,内阻约为 0.4 Ω) E.滑动变阻器 R1(阻值 0~20 Ω) (1)实验中为了比较准确地测量且方便调节,电流表应选用__A1__(选填“A1”或“A2”). (2)实验中要求小灯泡电压从零开始逐渐增大到额定电压,测量误差尽可能小.请你为该实验小组设 计电路图,画在下面方框中. __如图所示__ (3)根据实验数据,该实验小组计算并描绘出了 R-U 的图象,与理想情况略有偏差,如图甲所示.由 图甲可知,当所加电压为 2.0 V 时,灯泡实际消耗的电功率为__0.44__W(保留两位有效数字). (4)小灯泡的 I-U 图象如图乙所示.则流过小灯泡的电流 I 随电压 U 变化的图象是__①__(请选择 “①”或“②”). 【解析】(1)小灯泡的功率 P=IU,则 I= 1 3.8 A=0.263 A=263 mA,知实验中为了比较准确地测量且 方便调节,电流表应选用 A1. (2)由题中要求和数据,可知电流表应外接,采用分压电路,实验电路图如答案图所示. (3)由题图甲可知,当所加电压为 2 V 时,灯泡的电阻为 R=9 Ω,小灯泡实际消耗的电功率为 P=U2 R ≈ 0.44 W. (4)小灯泡的电阻随电压 U 升高而增大,小灯泡的 I-U 图象与原点连线的斜率的倒数即小灯泡电阻, 可知题图乙中流过小灯泡的电流 I 随电压 U 变化的图象是①. 3.某同学合理选用下列器材组成一个电路,同时对两个不同的热敏电阻 RA、RB 进行了测量,得到了两 个热敏电阻的 I-U 关系曲线,如图所示. 在实验中,有以下器材供选择: A.量程为 0~50 mA 的电流表 A1,内阻约 10 Ω B.量程为 0~0.6 A 的电流表 A2,内阻约 0.05 Ω C.量程为 0~3 V 的电压表 V1,内阻约 10 kΩ D.量程为 0~6 V 的电压表 V2,内阻约 50 kΩ E.电动势为 12 V、内阻不计的直流电源 F.滑动变阻器 R1(50 Ω,0.6 A) G.滑动变阻器 R2(10 Ω,0.02 A) H.单刀单掷开关一个、导线若干. (1)为了得到热敏电阻完整的 I-U 关系曲线,请选择合适的实验器材:__ACDEFGH__(填器材前的选项 字母). (2)请设计实验电路并把它画到方框中,标明相应的器材代号. (3)该同学将 RA、RB 串联起来,与电压恒为 7 V 的稳压电源连接,则此时热敏电阻 RA 和 RB 消耗的功率 之比为__2∶5__. 4.当小灯泡发光时,其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化.某同学为研究这一现象,按照自 己设计的实验电路测量出小灯泡的电流 I 和电压 U,得到如下表所示的数据. I/A 0.00 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)请你根据上表数据的特点,在虚线框中画出实验电路图.可用的器材有:电源(电动势为 3 V);小 灯泡;电压表(量程 3 V,内阻约 3 kΩ);电流表(量程 0~0.6 A,内阻约 0.2 Ω);滑动变阻器(变化范 围 0~10 Ω);开关和导线若干. __如图甲所示__ (2)①在坐标上画出小灯泡的 U-I 曲线(图上已描出部分点);②由图可知:灯丝的电阻随灯泡亮度增 加而__变大__(选填“变大”或“变小”). __如图乙所示__ (3)如果将上述实验中使用的小灯泡接在电动势为 1.5 V,内阻为 2.0 Ω的电源两端,利用上面的 U -I 曲线可求出小灯泡的实际功率是__0.28(0.26~0.30 均可)__ W,电源效率为__53%(51%~55%均 可)__.(保留两位有效数字) 【解析】(1)描绘小灯泡伏安特性曲线实验,电路采用分压接法,由于小灯泡电阻较小,电流表应外 接.(2)采用描点法描绘小灯泡伏安特性曲线.小灯泡伏安特性曲线上每点的纵坐标与横坐标的比值表示 灯丝电阻大小,可知小灯泡灯丝电阻随电流的增大而增大,即小灯泡灯丝电阻随小灯泡亮度的增大而变 大.(3)在描绘的小灯泡伏安特性曲线所在的坐标系中作出电动势为 1.5 V、内阻为 2 Ω的电源伏安特性 曲线,如答图丙所示,两曲线交点坐标的乘积等于小灯泡的实际功率,为 P=0.28 W,电源效率η=53%. 5.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,需测量一个标有“3 V 1.5 W”灯泡两端的电压和 通过灯泡的电流.现有如下器材: 直流电源(电动势 3.0 V,内阻不计) 电流表 A1(量程 0~3 A,内阻约 0.1 Ω) 电流表 A2(量程 0~600 mA,内阻约 5 Ω) 电压表 V1(量程 0~3 V,内阻约 3 kΩ) 电压表 V2(量程 0~15 V,内阻约 200 kΩ) 滑动变阻器 R1(阻值 0~10 Ω,额定电流 1 A) 滑动变阻器 R2(阻值 0~1 kΩ,额定电流 300 mA) (1)在该实验中,电流表应选择__A2__(填“A1”或“A2”),电压表应选择__V1__(填“V1”或“V2”), 滑动变阻器应选择__R1__(填“R1”或“R2”). (2)某同学用导线 a、b、c、d、e、f、g 和 h 连接成如图甲所示的电路,若用该电路测出灯泡的工作 电压 U 和电流 I,根据 R=U I 计算此时灯泡的电阻,则灯泡电阻的测量值__小于__(选填“大于”“等于” 或“小于”)真实值. (3)该同学连接电路后检查所有元器件都完好,电流表和电压表已调零,经检查各部分接触良好.但 闭合开关后,反复调节滑动变阻器,小灯泡的亮度发生变化,但电压表和电流表示数不能调为零,则断路 的导线为__h__(选填导线代号). (4)图乙是学习小组在实验中根据测出的数据,在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线.若将两个 该灯泡和 R=6.0 Ω的定值电阻一起串联与题中的电源组成闭合回路,请估算每个小灯泡的实际功率 P= __0.19__W(保留两位有效数字). 【解析】(1)在该实验中,标有“3 V 1.5 W”灯泡的正常工作电流为 0.5 A,则电流表应选择量程 600 mA 的电流表 A2,电压表应选择量程 3 V 的电压表 V1,由于电流表应从零开始变化,则滑动变阻器应选 分压接法,滑动变阻器应选择阻值较小的滑动变阻器 R1.(2)如题图甲所示的电路,电流表外接,电流的测 量值大于通过小灯泡电流的真实值,电阻测量值小于真实值.(3)闭合开关后,反复调节滑动变阻器,小 灯泡的亮度发生变化,但电压表和电流表示数不能调为零,说明断路的导线为 h,滑动变阻器分压接法变 成了限流接法.(4)若将两个该灯泡和 R=6.0 Ω的定值电阻一起串联与题中的电源组成闭合回路,由闭合 电路欧姆定律,E=2U+IR,变化成 I=E R -2 R U,代入相关数据,得 I=0.5-1 3 U.在题图乙中画出 I=0.5-1 3 U 函数图象(如答图),与小灯泡的伏安特性曲线交点的坐标约为(0.75 V,0.25 A),每个小灯泡的实际功率 P=UI=0.75×0.25 W≈0.19 W. 6.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. (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; __如图 1 所示__ (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; 图乙 图丙 (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 3 V、内阻为 1 Ω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 __2.28__W(保留两位小数). 【解析】(1)电流表示数要从零开始逐渐增大,滑动变阻器要用分压接法,如图 1 所示. (2)电流表示数为 0.44 A. (3)当外电路的总电阻与电源内阻相等时,电源有最大的输出功率,即小电珠的总功率最大,此时 R 外 =r=1 Ω,I= E R 外+r =3 2 A=1.5 A,U 外=E 2 =1.5 V,即每只小电珠两端的电压为 1.5 V,通过图象可知 每只小电珠的电流为 I0=0.38 A,n=I I0 ≈4(只);通过每只小电珠的电流为 I0,两端电压为 U,根据闭合 电路欧姆定律得:U+nI0r=E,而 U+4I0=3 V,U=-4I0+3 V,如图 2 所示,图线的交点纵、横坐标分 别为 U≈1.5 V,I0≈0.38 A,P=UI0=0.57 W,P 总=nP=0.57×4 W=2.28 W. 图 2 7.某学习小组探究电学元件的伏安特性曲线. (1)甲同学要描绘一个标有“3.6 V 1.2 W”的小灯泡的伏安特性曲线,除了导线和开关外,还有以 下可供选择的器材: 电压表 V(量程 0~5 V,内阻约为 5 kΩ) 电流电源 E(电动势 4.5 V,内阻不计) 电流表 A1(量程 0~350 mA,内阻约为 1 Ω) 电流表 A2(量程 0~150 mA,内阻约为 2 Ω) 滑动变阻器 R1(阻值 0~200 Ω) 滑动变阻器 R2(阻值 0~10 Ω) 实验中电流表应选__A1__,滑动变阻器应选__R2__(填写器材代号);在方框中画出完整的实验电路图, 并标明器材代号. (2)乙同学利用甲同学的电路分别描绘了三个电学元件的伏安特性曲线,如图甲所示.然后他用如图 乙所示的电路分别给三个元件供电,并测出给元件 1 和元件 2 供电时的电流和电压值,分别标在图甲上(A 点和 B 点).已知 R0= 9.0 Ω,该电源的电动势 E′=__3.0__V,内电阻 r′=__1.0__Ω.用图乙的电路单独给元件 3 供电 时,元件 3 的电功率 P=__0.2__W. 【解析】(1)“3.6 V 1.2 W”的小灯泡的额定电流 I=0.33 A,所以应选择电流表 A1;因为描绘小灯 泡的伏安特性曲线要求电压从零开始变化,所以应选用分压电路,为了调节方便,滑动变阻器应选择阻值 小的,即选择滑动变阻器 R2;考虑到灯泡的电阻较小,应选择电流表外接法. (2)依题意有 E′=1.5 V+0.15 A×(9.0 Ω+r′),E′=2.2 V+0.08 A×(9.0 Ω+r′),解得:E′ =3.0 V,r′=1.0 Ω.连接 AB 作一直线与元件 3 的伏安特性曲线的交点为 (1.0 V,0.2 A),所以用图 乙的电路单独给元件 3 供电时,元件 3 的电功率 P=0.2 W.
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