2021学年5 实验:描绘I-U特性曲线课堂检测

2021-2022学年教科版（2019）必修第三册

2.5实验：描绘I-U特性曲线 课时练习（解析版）

1．某同学想通过测绘小灯泡的图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律，小灯泡上标有“5V，2.5W”，实验室可供选择的器材有：

A．电压表（量程0~3V，内阻5k）

B．电压表（量程0~15V，内阻25k）

C．电流表A（量程0~600mA，内阻约6）

D．定值电阻（阻值5k）

E.滑动变阻器R（阻值0~10）

F.学生电源E（提供恒定电压12V）

G.开关S一个、导线若干。

（1）为了能在0~5V的范围内对小灯泡的电压测量多组数据，且保证测量尽量准确，实验中应选用的电压表是______；（选填对应器材前的字母序号）

（2）在图甲所示的虚线框内将实验电路图补充完整______（要求在图中标明所选器材的符号）；

（3）若实验测得该小灯泡的I—U图像如图乙所示，由图可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______（选填“增大”“减小”或“不变”）；

2．在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，为减小实验误差，方便调节，请在给定的四个电路图A、B、C、D和三个滑动变阻器E、F、G中选取适当的电路和器材，并将它们的编号填在横线上，应选取的电路是________，滑动变阻器应选取________。

E．总阻值15、最大允许电流2A的滑动变阻器

F．总阻值200、最大允许电流2A的滑动变阻器

G．总阻值1000、最大允许电流1A的滑动变阻器

A． B．

C．D．

3．有两个电阻和，它们的伏安特性曲线如图所示；实验所提供的电源的电动势、内阻。利用题中所给的数据和图线，用作图法求解问题：

（1）若把直接接电源两端，此时电阻消耗的功率___________W；

（2）若把和并联后直接接在电源两端。请同学们根据并联电阻电流、电压关系，在图描绘出并联等效电阻的伏安特性曲线；从图中读出数据，计算得此时电阻消耗的功率___________W。（两个结果均保留2位有效数字）

4．在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，采用的仪器有：

电源E（电动势6V，内阻r=2Ω）；    标号为“4.0V，1.6W”的小灯泡L；

电流表A1（量程0.6A，内阻约2Ω）； 电流表A2（量程为3A，内阻约0.5Ω）

电压表V（量程6V，内阻约15kΩ）； 滑动变阻器R1（最大阻值10Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值200Ω）； 开关S，导线若干。

（1）实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调。则滑动变阻器须选用 _____（填“R1或R2”），电流表须选用 A1的原因是： _________；

（2）请甲图中把电路图补充完整，要求滑片向左滑小灯泡变亮；_________

（3）如图乙所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的I-U图像。如果把这样的灯泡和R0=8Ω的定值电阻串联起来接在电源（电动势E=5V，内阻r=2Ω）上，如上丙图，则灯泡消耗的实际功率为_________W（保留两位有效数字）。

5．某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某电子元件（6V，2.5W）的伏安特性曲线，要求能够多次测量并尽可能减小实验误差。实验室备有以下器材：

A．直流电源（6V，内阻不计）

B．电流表G（满偏电流，内阻）

C．电流表A（0~0.6A，内阻未知）

D．滑动变阻器R（0~20Ω，5A）

E．滑动变阻器R（0~200Ω，1A）

F．定值电阻（阻值1990Ω）

G．开关与导线若干

（1）在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用___________。（填写器材前的序号）

（2）由于提供的器材无电压表，需利用电流表G串联定值电阻改装成量程为___________V的电压表。

（3）根据题目提供的实验器材，请你设计出测量电子元件的伏安特性曲线的电路原理图（可用表示）。（画在虚线框内）（_______）

（4）将上述电子元件和另一电子元件接入如图甲所示的电路中，它们的伏安特性曲线分别如图乙中、所示。电源的电动势，内阻忽略不计。调节滑动变阻器，使电子元件和消耗的电功率恰好相等，则此时电子元件的阻值为___________Ω，接入电路的阻值为___________Ω。（结果保留两位有效数字）

6．(1)图是“研究匀速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点。加速度大小用a表示

①OD间的距离为____cm

②下图是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示____，其大小为____m/s2（保留3位有效数字）

(2)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。

①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻档（请填写“×1”、“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图，结果为_____

②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图（左）完成实物图中（右图）的连线。_____

③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于____端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动。

④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点_____间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”）

7．为研究小灯泡的伏安曲线的特性，选用小灯泡额定值为“3.0 V，0.4 A”。

（1）实验中使用的通常仪器有：小灯泡、安培表、伏特表、电键、导线若干外；此外还需要______、______。

（2）为使加在小灯泡的电压从零开始，能在较大的范围内调节，请你在方框内画出相关的电路图______。  

（3）请在I－U坐标系图中大致画出小灯泡的伏安特性曲线______。

8．小明同学进行“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，实验所用的小灯泡额定电压为2.5V。

(1)他按如图甲所示的电路进行实验，请你在答题卷上将连线补充完整____；

(2)开始实验前，开关应处于断开状态，图甲中的滑动变阻器滑片应该滑在____；（选填“最左端”、“最右端”或“中间位置”）

(3)电路正确连接后发现小灯泡不亮，电压表有读数，移动滑动变阻器后电压表会变化，但电流表读数不明显，有可能是因为____；

A．滑动变阻器滑片没有接触好

B．小灯泡与灯座接触不良

C．灯座短路

(4)正确的操作后得到如上表中的数据，部分数据已经描到图乙中，请在答题卷上完成7、8两组数据的描点，并描绘出小灯泡的伏安特性曲线；（________________）

(5)小明正确使用多用电表由图丁读出电阻约为0.7Ω，则他选择图丙多用电表倍率是____（选填字母）。

A．×1Ω        B．×10Ω        C．×100Ω

9．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室备有下列器材供选择：

A 待测小灯泡“3V，0.6A”

B 电流表A1（量程0.6A，内阻约为5Ω）

C 电压表V1（量程3V，内阻约为10kΩ）

D 电压表V2（量程15V，内阻约为50kΩ）

E 滑动变阻器 （最大阻值为100Ω，额定电流50mA）

F 滑动变阻器 （最大阻值为10Ω，额定电流1A）

G 电源 （电动势为4V，内阻不计）

H 开关及导线等

（1）电压表应选_______；滑动变阻器应选用_______。（填器材前面的字母）

（2）在图甲实物图中，有部分线已连好，要求小灯泡的电压从零开始测量，请连成符合要求的完整的电路图。（______）

（3）某同学实验后作出的图像如图乙所示，则当灯泡两端的电压为2.0V时，灯泡的实际电阻是______Ω （结果保留两位有效数字）。

（4）若将此灯泡与电动势为1.5V，内阻为2.5Ω的电源串联，灯泡消耗的功率是____W。（结果保留两位有效数字）

参考答案

1．A        增大   

【详解】

（1）[1]为了能在0~5V的范围内对小灯泡的电压测量多组数据，且保证测量尽量准确，实验中可以选用的电压表A与定值电阻R0串联，相当于量程为6V的电压表；

（2）[3]小灯泡的电阻远小于电压表内阻，故采用电流表外接；滑动变阻器用分压电路，则实验电路图如图；

（3）[3]若实验测得该小灯泡的I—U图像如图乙所示，由图可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大；

2．C    E   

【详解】

[1]因为要多取几组U、I的数据，才能画出图象，故用分压法；又因

故用电流表的外接法，故选C电路；

[2]滑动变阻器用作分压，为便于调节，故选总电阻较小的E。

3．       

【详解】

在图上分别找到在同一电压下的对应的阻值 、 ，然后根据

计算出总电阻，描点做出并联总电阻的伏安特性曲线

根据

即

做出电源的 图像，如图所示

（1）[1] 把直接接电源两端，电源的 图像和的伏安特性曲线的交点读出

此时电阻消耗的功率

（2）[2] 电源的 图像和并联总电阻的伏安特性曲线的交点，读出并联电阻两端的电压

对应通过电阻 的电流

电阻消耗的功率

4．R1    见解析           

【详解】

（1）[1] 小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调，滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1

[2] 灯泡额定电流

为减小实验误差，电流表须选择A1

（2）[3]电路如图所示

（3）[4] 设灯泡两端电压为U，流过灯泡的电流为I，由闭合电路的欧姆定律得

即

在图乙所示坐标系内做出的图像如图所示

灯泡两端电压U=2.0V，流过灯泡的电流I=0.31A，灯泡消耗的实际功率

5．D    6        10    4.0   

【详解】

(1)[1]要求描绘伏安特性曲线，能够多次测量数据，滑动变阻器应采用分压式接法，选阻值较小的D方便调节。

(2)[2]由于

故利用电流表G串联定值电阻改装成量程为6V的电压表。

(3)[3]由题中电子元件参数可得待测电阻约为14.4Ω，应采用电流表外接法，故实验电路如图所示

(4)[4]电子元件和消耗的电功率恰好相等，由乙图可知，此时两元件的电压、电流均为

，

则此时电子元件的阻值为

[5]此时滑动变阻器两端的电压为

流过滑动变阻器的电流为

则接入电路的阻值为

6．1.20（1.18~1.22均可）        0.460(0.458~0.464均可）    ×1    7.5（7.3~7.7均可）        a（或左）    b（或右）    ab   

【详解】

(1)①[1]OD间的距离为

2.20cm-1.00=1.20cm

②[2][3]匀变速直线运动的规律

下图是根据实验数据绘出的s-t2图线，可知斜率表示，其大小为0.460 m/s2

(2) ①[4] [5]小电珠电阻为

①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表×1档调零后进行测量，读数为：7.5Ω

②[6]实物图如下

③[7][8]开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于左端，使分压部分电阻为零，保护电阻。为使小电珠亮度增加，P应由中点向右移动

④[9]为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点ab间多测几组数据（因为这两组数据间电流值差距较大）

7．电源    滑动变阻器           

【详解】

(1)[1][2]还需要的仪器有电源和滑动变阻器。

(2)[3]电压电流要从零测起，所以滑动变阻器应该用分压式；小灯泡正常发光时的电阻为

与电流表内阻相当，属于小电阻，电流表应该用外接法。电路图如图

(3)[4]当小灯泡温度较高时，电阻值增大，大致画出小灯泡的伏安特性曲线

8．    最右端    B        A   

【详解】

（1）[1]电池组的电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5V，实验时需要小灯泡两端的电压从零开始变大，所以需要采用分压接法，即小灯泡与一部分电阻丝是并联关系，如下图所示

（2）[2]闭合开关前，要使小灯泡两端的电压尽可能最小，结合第（1）题中的电路连接，可知当滑片P位于最右端时，小灯泡两端的电压为零，即电压最小。

（3）[3]电压表有读数，说明灯泡两端是有电压的，但是电流表读数不明显，说明电路中某处接触不良。

A．如果是滑动变阻器滑片没有接触好，则电压无法到达灯泡处，即电压表示数将为零或者不明显，故A错误；

B．结合第（1）题中的电路连接，可知原因在于灯泡处接触不良，故B正确；

C．如果是灯座短路，那么电压表示数将为零，电流表读数明显，故C错误。

故选B。

（4）[4]描点之后，要用平滑的曲线将尽可能多的点连接起来，少部分不能纳入曲线的点，要使其尽可能均匀的分布在曲线的两侧，如下图所示

（5）[5]由图可知多用电表的指针指向0.7Ω左右，读出的电阻值约为0.7Ω，所以多用电表选择的倍率应为×1Ω，故选A。

9．C    F        3.8    0.23   

【详解】

（1）［1］电动势为4V，待测小灯泡的额定电压为3V，电压表应选C。

[2]由于通小灯泡的额定电流为0.6A，则滑动变阻器选F，或者测小灯泡的伏安特性曲线，采用的是分压式电路，则滑动变阻器选择阻值较小的方便调节，所以滑动变阻器选F。

（2）[3]要求小灯泡的电压从零开始测量，则控制电路采用的是分压式电路，根据大内小外的规律可知测量电路采用伏安外接法，则完整的电路图如图所示

（3）[4]当灯泡两端的电压为2.0V时，由图像可知其两端电流为0.52A，则灯泡的实际电阻是

（4）[5]若将此灯泡与电动势为1.5V，内阻为2.5Ω的电源串联，设灯泡两端的实际电压为U，实际电流为I，由闭合电路欧姆定律可得

整理可得

在图像作图两图像的交点即灯泡的实际电压与实际电流，如图所示

由图像可得，灯泡的实际电压与实际电流为0.60V，0.38A，所以灯泡消耗的功率是