2.5实验：描绘I-U特性曲线 课时练（解析版）

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（解析版）
1．如图（a）所示，为某小灯泡L的伏安特性曲线。用一电源（电动势，内阻）、滑动变阻器、开关S和该小灯泡L连接成图（b）所示的电路。闭合开关S，调节滑动变阻器的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。
（1）根据图（a），小灯泡L的电阻为______；
（2）当滑动变阻器接入电路的阻值为______时，小灯泡功率最小；
（3）当滑动变阻器接入电路的阻值为______时，小灯泡功率最大。
2．某同学想要描绘标有“2V 1W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的实验器材除了开关、导线外，还有：
A．电压表（量程0～3V，内阻约为10kΩ）
B．电压表（量程0～15V，内阻约为20kΩ）
C．电流表（量程0～300mA，内阻约为1Ω）
D．电流表（量程0～600mA，内阻约为0.4Ω）
E.滑动变阻器（0～1kΩ），额定电流为0.5A）
F.滑动变阻器（0～10Ω），额定电流为2A）
G.直流电源（电动势为3V，内阻不计）
（1）实验中电压表应选用______，电流表应选用______，滑动变阻器应选用______。（选填实验器材前的字母）
（2）下列电路图中能满足实验要求的是______
A． B． C． D．
3．（1）如图，在测绘小灯泡的伏安特性实验中，伏安法测小灯泡，安培表采用______法，其原因是______，滑动变阻器采用______式连接，其原因是______；
（2）闭合S前，R中的箭头应该放在______端（填右或左），实验数据描出来的图像符合下图的______。（填字母）
A． B． C． D．
4．有一个标有“12V，24W”的灯泡，为了测定它在不同电压下的实际功率，需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：
A．直流电源15V（内阻可不计）
B．直流电流表0～0.6A（内阻约0.5Ω）
C．直流电流表0～3A（内阻约0.1Ω）
D．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ）
E．直流电压表0～15V（内阻约15kΩ）
F．滑动变阻器10Ω、5A
G．滑动变阻器1kΩ、3A
（1）实验台上已放置开关、导线若干及灯泡，为了完成实验，需要从上述器材中再选用___________ （用序号字母表示）．
（2）在如图1的虚线框内画出最合理的实验原理图____．
（3）若测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化关系的图线如图2所示，由这条曲线可得出：正常发光条件下，灯丝消耗的电功率是_____W．
5．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，提供的器材有：“ （待测量）”的小灯泡、“ ”的滑动变阻器、四节新干电池等。
（1）连接电路时开关应__________。
（2）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整，使闭合开关时滑动变阻器连入电路的电阻最大。（______）
（3）闭合开关，发现灯泡不亮，两电表均无示数。为了查找故障，小明将电压表拆下并选择最大的量程，然后在开关闭合状态下，分别将电压表接在电源、滑动变阻器及开关两端，结果只有接在滑动变阻器两端时，电压表无示数，则肯定出现故障的元件是__________，故障原因是__________。（填“短路”或“断路”）
（4）排除故障后继续实验，将滑片移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为测量灯泡的额定功率，应将滑片向___________端移动，直至电压表的示数为，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是___________。
6．某实验小组设计了如图甲所示的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3 V，内阻RV约10 kΩ，电流表量程为0.5 A，内阻RA＝4.0 Ω，R为电阻箱．
（1）该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验．闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下的电压表示数U1、电流表示数I和电阻箱的阻值R，在I－U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示．为了完成该实验，应将导线c端接在________（选填“a”或“b”）点；
（2）利用（1）中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为________；（用U1、I、R和RA表示）
（3）实验小组利用（2）中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I－U坐标系中，如图乙中直线所示，根据图象分析可知，电源的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω；
（4）实验中，当电阻箱的阻值调到8.5 Ω时，热敏电阻消耗的电功率P＝________W．（保留两位有效数字）
7．有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小灯泡的I－U图线。有下列器材供选用：
A．电压表V1（0～5V，内阻约10kΩ）
B．电压表V2（0～15V，内阻约20kΩ）
C．电流表A1（0～3A，内阻约1Ω）
D．电流表A2（0～0.6A，内阻约0.4Ω）
E．滑动变阻器R1（10Ω，2A）
F．滑动变阻器R2（500Ω，1A）
G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干
实验中要求电压表在0～4V范围内读取并记录下8组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，
（1）实验中所用电压表应选用_________，电流表应选用__________，滑动变阻器应选用________。（将选项代号的字母填在横线上）电流表采用______（填“内接”或“外接”）
（2）在虚线框内画出实验电路图______。
8．为了研究小灯泡（2V，1W）的伏安特性曲线，同学们选用下列实验器材进行实验。
A．电源E：电动势为3.0V，内阻不计；
B．电压表V1：量程为0﹣3V，内阻约为1kΩ；
C．电压表V2：量程为0﹣15V，内阻约为4kΩ；
D．电流表A1：量程为0﹣3A，内阻约为0.1Ω；
E．电流表A2：量程为0﹣0.6A，内阻约为0.6Ω；
F．滑动变阻器R1：最大阻值为15Ω，额定电流为1.0A；
G．滑动变阻器R2：最大阻值为150Ω，额定电流为1.0A；
H．开关S，导线若干。
实验得到如下数据（I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压）：
I/A 0.00 0.16 0.25 0.30 0.34 0.40 0.45 0.50
U/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.20 1.60 2.00
（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）不改动已连接导线，在实物连接图（a）中把还需要连接的导线补上______。闭合开关前，应使滑动变阻器的滑片放在最_______（选填“左”或“右”）端．
（3）在图（b）中画出小灯泡的U﹣I曲线_______。
（4）有图像可知，小灯泡电阻随温度升高而_______（选填“增大”、“减小”、“不变”）
9．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
序号 1 2 3 4 5 6
电流 0.04 0.08 0.12 0.14 0.16 0.18
电压 0.02 0.06 0.12 0.25 0.45 0.75
序号 7 8 9 10 11 12
电流 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30
电压 1.02 1.33 1.50 1.79 2.20 2.50
(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
10．某研究性学习小组为探究小灯泡灯丝电阻与温度的关系，设计并完成了有关的实验，以下是实验中可供选用的器材。
A．待测小灯泡（额定功率6W，额定电流0.5A）
B．电流表（量程0~0.6A，内阻0.1Ω）
C．电压表（量程0~5V，内阻约5kΩ）
D．电压表（量程0~15V，内阻约15kΩ）
E.滑线变阻器（最大阻值50Ω）
F.滑线变阻器（最大阻值1kΩ）
G.直流电源（电动势15V，内阻可忽略）
H.开关一个，导线若干
实验中调节滑线变阻器，小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化，从而测出小灯泡在不同电压下的电流。
（1）实验中为较准确测量、方便调节，电压表应选用___，滑动变阻器应选用___（填写仪器符号）；
（2）请在虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图_______。
（3）如图所示是该研究小组测得小灯泡的I—U关系图线。由图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度的升高而_____________（填增大、减小或不变）；当小灯泡两端所加电压为6V时，其灯丝电阻值约为_____________Ω。（保留两位有效数字）
（4）若不考虑电表内阻的影响，得到的是上面的I-U关系图线。但由于电表存在内阻，实际测得的伏安特性曲线比上面的I-U关系图线位置来得偏 ______（选填高或低）。
参考答案
1．10 9 0
【详解】
(1)[1]由伏安特性曲线可得，小灯泡L的电阻为
(2)[2]当滑动变阻器接入电路的阻值最大，为时，回路电流最小，由
小灯泡功率最小。
(3)[3]当滑动变阻器接入电路的阻值最小，为0时，回路电流最大，小灯泡功率最大。
2．A D F A
【详解】
（1）[1]灯泡的额定电压为，电压表选择量程即可，故选A。
[2]由可知，灯泡的额定电流为
电流表选择量程即可，故选D。
[3]本实验电压测量值的范围较宽，滑动变阻器应该采用分压式接法，为了调节方便，应该选择阻值较小的滑动变阻器，故选F。
（2）[4]由于灯泡电阻较小，为了减小测量误差，电流表应该外接；电压测量值较宽，滑动变阻器采用分压式接法，故选A。
3．外接 电压表内阻远大于灯泡内阻，电流表应采用外接法 分压 电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法 右 BC
【详解】
（1）[1][2]灯泡电阻约为几欧姆，电压表内阻为几千欧姆，电压表内阻远大于灯泡内阻，电流表应采用外接法。
[3][4]伏安法描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法
（2）[5]为了保护小灯泡不被烧坏，应开始时让小灯泡两端的电压为零，即滑动变阻器滑片应在右端。
[6]小灯泡的电阻随着温度的升高在增大，随着电压的增大，小灯泡功率变大，温度升高，电阻越来越大，故BC正确。
4．ACEF 23.2
【详解】
（1）[1]小灯泡的实际功率和额定功率，需要电压从零开始，所以要用分压式接法，选择便于调节的滑动变阻器F；“12V，24W”的灯泡额定电压为12V，所以要用A电源，电压表量程选0-15量程，即选择E；由
所以电流表选0-3安的量程，选C；需要从上述器材中再选用ACEF。
（2）[2]需要电压从零开始，所以要用分压式接法，灯泡的电阻比较小，所以电流表用外接法：电路如右图：
（3）[3]由曲线可得出：正常发光条件下，即U=12V，此时电阻R=6.2Ω，则灯丝消耗的电功率是
5．断开 见解析 开关 断路 右
【详解】
（1）[1]在电路连接好之前，电键应该处于断开状态。
（2）[2]由于小灯泡阻值较小，采用电流表的外接法，由于没有特殊要求，滑动变阻器采用限流式接法，连接电路如图所示
（3）[3][4]开关两端有电压，表明开关处于断开状态，相当于无穷大的电阻，导致回路中没有电流，滑动变阻器两端没有电压，一定是开关出现断路。
（4）[5]此时小灯泡两端电压过低，回路电流过小，应将滑动变阻器阻值减小，因此触头P向右滑动；
[6]由图可知，回路电流为
因此灯泡的功率
6．a U1＋I（R＋RA） 6.0 5.0（4.8～5.2均可） 0.46（0.44～0.48均可）
【详解】
（1）[1]利用伏安法测电阻，由题图乙中曲线可知热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以电流表外接法，故导线c应接在a点
（2）[2]路端电压U2等于外电路各部分上的电压之和，则根据串、并联电路规律可知外电压
（3）[3][4]直线与U轴的交点为电动势，直线的斜率绝对值的倒数为内阻的大小；由题图乙中直线可知电源的电动势为6.0 V，内电阻为
（4）[5]等效电源内阻
在题图乙中作等效电源的I－U图像，如图所示
与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标为（2.1，0.22），所以热敏电阻的电功率
7．A D E 外接
【详解】
（1）[1][2][3][4]灯泡的额定电压为4V，则电压表选A，灯泡的额定电流
则电流表应选D，灯泡的电阻
描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，为了方便操作，所以滑动变阻器选择阻值较小的E，电压表内阻为10，电流表内阻为，计算得
故电流表采用外接法；
（2）[5]描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，由（1）可知电流表采用外接法，实验电路图如图所示
8．B E F 左 增大
【详解】
（1）[1][2][3]灯泡额定电压是2V，则电压表选B；灯泡额定电流为0.5A，则电流表选E；为方便实验操作，滑动变阻器应选F；
（2）[4]灯泡正常发光时电阻
所以
则电流表采用外接法，表中实验数据可知，电压与电流从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压接法，实物连线如图所示
[5]为了保护用电器应使滑动变阻器最大阻值接入电路，所以闭合开关前，滑片应置于左端；
（3）[6]根据表中实验数据，在坐标系中描出对应的点，然后作出灯泡的U-I图象如图所示
[7]因为U-I图像的斜率表示电阻的大小，故由图像可得小灯泡电阻随温度升高而增大；
9． 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。
10．D E 增大 15 高
【详解】
（1）[1]小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化，滑动变阻器应用分压式接法，又小灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应用外接法接法，实验电路图如图所示，根据小灯泡规格可知，额定电压
所以电压表应选D；
[2]为方便实验操作，滑动变阻器应选E。
（2）[3]滑动变阻器接用分压接法，同时因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法；原理图如图所示；
（3）[4]由图示图像可知，随灯泡两端电压增大，通过灯泡的电流增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大；
[5]由图示图像可知，灯泡两端电压为时，通过灯泡的电流为，则灯泡电阻
（4）[6]因为采用电流表外接法，由于电压表的分流，使电流表示数偏大，则测量值的图像中电流应偏大，故图像偏高。
【点睛】
本题考查伏安法测灯泡伏安特性曲线的实验，要注意电学实验离不开变阻器，当要求电流和电压从零调时变阻器应用分压式接法；当待测电阻阻值远小于电压表内阻时，电流表应用外接法接法。