2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點27實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線練習(xí)含解析

PAGE14-考點27試驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線題組一基礎(chǔ)與經(jīng)典題1．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗中，要測量一個標有“3V1.5W”的小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3V(內(nèi)阻可不計)B．直流電流表0～600mA(內(nèi)阻約為0.5Ω)C．直流電壓表0～3V(內(nèi)阻約3kΩ)D．滑動變阻器(10Ω，1A)E．滑動變阻器(1kΩ，300mA)F．開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)本試驗中滑動變阻器應(yīng)選用________(選填“D”或“E”)。(2)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學(xué)在試驗中測得的，依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖甲所示的坐標紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線。U/VI/A000.50.171.00.301.50.392.00.452.50.49(3)如圖乙所示，將兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與阻值為5Ω的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒定為4V的電路中，每個小燈泡的實際功率為________W。答案(1)D(2)圖見解析(3)0.3解析(1)試驗中需測量多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器用分壓式接法，為了調(diào)整便利，滑動變阻器用阻值較小的，故選D。(2)描點畫線，可得該小燈泡的伏安特性曲線如圖所示。(3)設(shè)小燈泡兩端的電壓為U，電流為I，依據(jù)U0＝U＋2IR0，可得I＝eq\f(U0－U,2R0)，代入數(shù)據(jù)得I＝eq\f(2,5)－eq\f(U,10)，在小燈泡的伏安特性曲線的同一坐標系上畫出該直線，其交點(1.0,0.3)即為小燈泡的實際電壓、電流值，可得小燈泡消耗的實際功率P＝UI＝0.3W。2．某學(xué)習(xí)小組擬探討一個標有“3.6V1.8W”的小電珠的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：①電流表A，量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω；②電壓表V，量程0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ；③滑動變阻器R，阻值范圍0～10Ω；④學(xué)生電源E，電動勢為4V，內(nèi)阻不計；⑤開關(guān)S及導(dǎo)線若干。(1)該學(xué)習(xí)小組中的甲同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路進行測量，請依據(jù)圖甲所示的電路圖幫甲同學(xué)將圖乙中的實物圖連接起來。(2)甲同學(xué)在試驗中發(fā)覺，由于電壓表的量程較大而造成讀數(shù)誤差很大，因而影響了測量結(jié)果。于是又從試驗室找來一量程為Ig＝100μA、內(nèi)阻Rg＝1000Ω的靈敏電流計，想把該靈敏電流計改裝成量程為5V的電壓表，則需串聯(lián)一個阻值為________Ω的電阻。(3)甲同學(xué)用改裝后的電壓表進行試驗，得到電流表讀數(shù)I1和靈敏電流計讀數(shù)I2如下表所示：I1(A)00.190.300.370.430.460.480.49I2(μA)010203040506070請在圖丙中的坐標紙上畫出I1-I2圖線。(4)若將該小電珠接在如圖丁所示的電路中，則該小電珠消耗的電功率約為________W。已知電源的電動勢為E＝3.0V，內(nèi)阻r＝1.5Ω，定值電阻R0＝4.5Ω。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)圖見解析圖1(2)49000(3)圖見解析圖2(4)0.35解析(1)如圖1所示。(2)設(shè)須要串聯(lián)的電阻的阻值為Rx，則有Ig(Rg＋Rx)＝5V，代入數(shù)據(jù)可得Rx＝49000Ω。(3)如圖2所示。(4)將定值電阻R0看做該電源的電阻，則內(nèi)阻r′＝6Ω，由此可得路端電壓U＝E－Ir′，即I2(Rg＋Rx)＝E－I1r′，在I1-I2圖線所在坐標紙上作出其圖象如圖3所示，可知其交點坐標表示的電流I1約為0.32A，I2約為22μA，所以該小電珠消耗的功率約為P＝0.32×22×10－6×(1000＋49000)W≈0.35W。3．在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，現(xiàn)除了有一個標有“5V2.5W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A．直流電源(電動勢約為5V，內(nèi)阻可不計)B．直流電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω)C．直流電流表(量程0～600mA，內(nèi)阻約為5Ω)D．直流電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)E．直流電壓表(量程0～5V，內(nèi)阻約為10kΩ)F．滑動變阻器(最大阻值10Ω，允許通過的最大電流為2A)G．滑動變阻器(最大阻值1kΩ，允許通過的最大電流為0.5A)試驗要求小燈泡兩端的電壓從零起先變更并能測多組數(shù)據(jù)。(1)試驗中電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________。(均用序號字母表示)(2)請按要求將圖甲中所示的器材連成試驗電路。(3)某同學(xué)通過試驗正確作出的小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示?，F(xiàn)把試驗中運用的小燈泡接到如圖丙所示的電路中，其中電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，定值電阻R＝9Ω，此時燈泡的實際功率為________W。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)CEF(2)圖見解析(3)0.84(0.81～0.87皆可)解析(1)由燈泡的標識“5V2.5W”知，小燈泡的額定電流I＝eq\f(P,U)＝0.5A，因此電流表選C，電壓表選E；試驗要求小燈泡兩端的電壓從零起先變更并能測多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應(yīng)采納分壓式接法，滑動變阻器選F。(2)如圖所示。(3)把定值電阻作為電源的內(nèi)阻，則該電源短路時的電流為Imax＝eq\f(E,R＋r)＝0.6A，在題圖乙中的U-I圖中，作出此電源的U-I圖線如圖中虛線所示。兩圖線交點的縱、橫坐標即表示該燈泡實際工作的電壓和電流。由圖知U＝2.2V，I＝0.38A，所以P＝UI＝2.2×0.38W≈0.84W。4．在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的試驗中，小電珠標有“3.6V1.8W”字樣，可供選用的器材如下：①電流表A，量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω②靈敏電流計G，量程0～100μA，內(nèi)阻為1000Ω③電阻箱R0，阻值范圍0～99990Ω④滑動變阻器R1，阻值范圍0～10Ω⑤學(xué)生電源E，電動勢為4V，內(nèi)阻不計⑥開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)若把靈敏電流計G改裝成量程為5V的電壓表V，則串聯(lián)的電阻箱R0的阻值應(yīng)調(diào)整為________Ω。(2)運用改裝后的電壓表V，采納如圖甲所示的電路進行測量，圖乙是實物電路，請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把電路連接完整。(3)用改裝后的電壓表進行試驗，得到電流表讀數(shù)I1和靈敏電流計讀數(shù)I2如下表所示：次數(shù)12345678I1/(A)00.190.300.370.430.460.480.49I2/(μA)010203040506070請你依據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙給出的坐標紙上作出I1-I2圖線，由圖線可知，隨著I1的增大，小電珠的電阻________(填“變大”“變小”或者“不變”)。(4)依據(jù)作出的I1-I2圖線，當(dāng)靈敏電流計讀數(shù)I2為34μA時，小電珠兩端的電壓為________V，此時小電珠的電阻為________Ω，功率為________W。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)49000(2)如圖1所示(3)如圖2所示變大(4)1.74.30.68解析(1)電流表改裝成電壓表須要串聯(lián)一個大電阻，依據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律可以知道：R0＝eq\f(U,Ig)－Rg＝eq\f(5,100×10－6)Ω－1000Ω＝49000Ω。(2)依據(jù)原理圖可得出對應(yīng)的實物圖如答案圖1所示。(3)依據(jù)表中數(shù)據(jù)利用描點法可得出對應(yīng)的圖象如答案圖2所示，由RL＝eq\f(I2R0＋Rg,I1)得eq\f(I1,I2)＝eq\f(1,RL)(R0＋Rg)，可知圖象上的點與原點連線的斜率與小電珠電阻的倒數(shù)成正比，則可知隨著電流I1的增大，小電珠電阻變大。(4)當(dāng)靈敏電流計讀數(shù)I2為34μA時，小電珠兩端的電壓為：U1＝I2(R0＋Rg)＝34×10－6×50000V＝1.7V。由圖可以知道，此時小電珠電流I1＝0.40A，則其電阻為：RL＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(1.7,0.4)Ω≈4.3Ω，功率為：P＝U1I1＝1.7×0.4W＝0.68W。5．在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的試驗中，用導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h按圖甲所示方式連接好電路，電路中全部元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零。閉合開關(guān)后：(1)若不管怎樣調(diào)整滑動變阻器，小電珠亮度能發(fā)生變更，但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為零，則可能是________導(dǎo)線斷路。(2)某同學(xué)解除故障后測繪出電源和小電珠的U-I特性圖線如圖乙所示。電源的電動勢E＝________V；小電珠的電阻隨溫度的上升而________。(3)將與上面相同的兩個小電珠并聯(lián)后接到上面電源上，每一只小電珠的實際電功率是________W。(保留兩位小數(shù))答案(1)g(2)3.0增大(3)0.99(在0.95～1.05之間均可)解析(1)若不管怎樣調(diào)整滑動變阻器，小電珠亮度能發(fā)生變更，但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為零，說明滑動變阻器不起分壓作用，連成了限流接法，故g導(dǎo)線斷路。(2)電源的U-I圖線縱軸截距等于電源的電動勢，則由圖乙知，電源的電動勢E＝3.0V。依據(jù)歐姆定律R＝eq\f(U,I)可得小電珠的電阻，由數(shù)學(xué)學(xué)問分析可知，R等于小電珠的U-I特性圖線上的點與原點連線的斜率，則小電珠的電阻隨溫度的上升而增大。(3)電源的內(nèi)阻等于電源的U-I圖線的斜率的肯定值，則內(nèi)阻r＝eq\f(U,I)＝eq\f(3.00,3.00)Ω＝1Ω，當(dāng)兩個小電珠并聯(lián)后，接到電源上，設(shè)每個小電珠的電壓、電流為U、I，由閉合電路歐姆定律得：E＝U＋2Ir，即U＝E－2rI＝3－2I，作出圖象如圖所示，可得它與小電珠U-I圖線的交點坐標U0＝1.1V，I0＝0.9A，則每一個小電珠的實際電功率為P＝U0I0＝0.99W。題組二高考真題6．(2024·全國卷Ⅰ)某同學(xué)探討小燈泡的伏安特性。所運用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8V，額定電流0.32A)；電壓表(量程3V，內(nèi)阻3kΩ)；電流表(量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω)；固定電阻R0(阻值1000Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0Ω)；電源E(電動勢5V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。(1)試驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出試驗電路原理圖。(2)試驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖a所示。由試驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(填“增大”“不變”或“減小”)。(3)用另一電源E0(電動勢4V，內(nèi)阻1.00Ω)和題給器材連接成圖b所示的電路，調(diào)整滑動變阻器R的阻值，可以變更小燈泡的實際功率。閉合開關(guān)S，在R的變更范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為________W，最大功率為________W。(結(jié)果均保留2位小數(shù))答案(1)試驗電路原理如圖所示。(2)增大增大(3)0.391.17解析(1)小燈泡的電壓要求從0起先調(diào)整，滑動變阻器采納分壓式接法，小燈泡的額定電壓超出電壓表的量程，需與R0串聯(lián)后接入電路。電路圖如答案圖所示。(2)I-U圖象中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大。依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(L,S)，得燈絲的電阻率增大。(3)當(dāng)R＝0時，電源路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線甲所示。此時小燈泡功率有最大值。當(dāng)R＝9Ω時，將R看作電源內(nèi)阻，則等效電源內(nèi)阻為10Ω，其路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線乙所示。此時小燈泡功率有最小值。取圖線甲與小燈泡伏安特性曲線交點：U1＝3.66V，I1＝0.319A，小燈泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17W。取圖線乙與小燈泡伏安特性曲線交點：U2＝1.77V，I2＝0.222A，小燈泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39W。7．(2024·天津高考)某同學(xué)想要描繪標有“3.8V,0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整。可供該同學(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)線外，還有：電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻等于3kΩ)電壓表V2(量程0～15V，內(nèi)阻等于15kΩ)電流表A1(量程0～200mA，內(nèi)阻等于10Ω)電流表A2(量程0～3A，內(nèi)阻等于0.1Ω)滑動變阻器R1(0～10Ω，額定電流2A)滑動變阻器R2(0～1kΩ，額定電流0.5A)定值電阻R3(阻值等于1Ω)定值電阻R4(阻值等于10Ω)定值電阻R5(阻值等于1kΩ)電源E(E＝6V，內(nèi)阻不計)(1)請畫出試驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。(2)該同學(xué)描繪出的I-U圖象應(yīng)是下圖中的________。答案(1)如圖所示(2)B解析(1)首先考慮測量電路：由于小燈泡的規(guī)格為“3.8V，0.3A”，可知電表V2、A2量程太大而不能選用；電表V1、A1則須要改裝才能獲得小燈泡完整的伏安特性曲線。A1與R4并聯(lián)可得量程為0～0.4A的電流表，V1與R5串聯(lián)可得量程為0～4V的電壓表，因小燈泡電阻值較小，測量電路應(yīng)采納電流表外接的方式。再考慮限制電路：首先由調(diào)整的便利性可知滑動變阻器應(yīng)選用R1，再由“繪制曲線完整”可知測量電壓與電流應(yīng)從零起先變更，故連接方法應(yīng)選用分壓式接法。(2)在I-U圖象中，圖線上某點與原點連線的斜率表示該狀態(tài)下電阻的倒數(shù)。由于小燈泡燈絲的阻值是隨溫度上升而增大的，故只有B正確。8．(2024·浙江高考)小明想測額定電壓為2.5V的小燈泡在不同電壓下的電功率，設(shè)計了如圖1所示的電路。(1)在試驗過程中，調(diào)整滑片P，電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零，其緣由是________的導(dǎo)線沒有連接好(圖中用數(shù)字標記的小圓點表示接線點，空格中請?zhí)顚憟D中的數(shù)字，如“7點至8點”)。(2)正確連好電路，閉合開關(guān)，調(diào)整滑片P，當(dāng)電壓表的示數(shù)達到額定電壓時，電流表的指針如圖2所示，則電流為________A，此時小燈泡的功率為________W。(3)做完試驗后，小明發(fā)覺在試驗報告上漏寫了電壓為1.00V時通過小燈泡的電流，但在草稿紙上記錄了下列數(shù)據(jù)，你認為最有可能的是________。A．0.08A B．0.12AC．0.20A答案(1)1點至4點(2)0.300.75(3)C解析(1)在試驗過程中，調(diào)整滑片P，電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零，其緣由是1點至4點的導(dǎo)線沒有連接好，滑動變阻器相當(dāng)于接成了限流電路。(2)由表盤刻度可知，電流表讀數(shù)為0.30A；則燈泡的額定功率：P＝IU＝0.30×2.5W＝0.75W。(3)若燈泡電阻不變，則由R＝eq\f(U,I)＝eq\f(2.5,0.30)＝eq\f(1.00,I1)，解得I1＝0.12A，考慮到燈泡電阻溫度越低時阻值越小，則通過燈泡的電流要大于0.12A，則C正確；故選C。題組三模擬題9．(2024·廣西柳州高級中學(xué)模擬)在描繪小燈泡的伏安特性曲線的試驗中，已知待測小燈泡的額定電壓為6V，額定功率約為3W，供應(yīng)的器材有：電流表A：量程為0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω；電壓表V：量程為3V，內(nèi)阻為3kΩ；滑動變阻器R1(0～10Ω，2A)；滑動變阻器R2(0～500Ω，1A)；定值電阻R3＝1kΩ；定值電阻R4＝3kΩ；電源：電動勢為9V，內(nèi)阻約為0.1Ω；開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。(1)試驗中，應(yīng)當(dāng)選用的滑動變阻器是________，定值電阻是________。(填儀器的字母代號)(2)依據(jù)所給的器材，在虛線框中畫出試驗電路圖。答案(1)R1R4(2)圖見解析解析(1)小燈泡的額定電壓為6V，電壓表量程為3V，須要把電壓表與定值電阻R4串聯(lián)組成新的電壓表，使電壓表量程擴大至6V；電壓與電流從零起先變更，滑動變阻器應(yīng)采納分壓式接法，滑動變阻器應(yīng)選擇阻值較小的R1，小燈泡正常發(fā)光時電阻約為R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(62,3)Ω＝12Ω，電流表內(nèi)阻約為0.5Ω，電壓表內(nèi)阻為6kΩ，電壓表內(nèi)阻遠大于小燈泡電阻，電流表應(yīng)采納外接法。(2)試驗電路圖如圖所示。10.(2024·福建福州期末質(zhì)檢)某試驗小組用如圖甲所示試驗電路探討電源的路端電壓和小燈泡的電壓隨電流的變更規(guī)律。(1)試驗操作步驟：①按試驗電路連接好試驗器材；②把滑動變阻器的滑片P移到滑動變阻器的________(填“最右端”或“最左端”)；③閉合開關(guān)S，調(diào)整滑片P到適當(dāng)位置，讀出電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)，斷開開關(guān)S；④調(diào)整滑片P到不同位置，多次重復(fù)步驟③。某次測量時三個電表指針位置如圖乙所示，電流表的讀數(shù)為________A，電壓表V1的讀數(shù)為________V