2.5实验：描绘I-U特性曲线 课时作业（word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 课时作业（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．在“测定小灯泡的额定功率”实验中，张超同学用一个电压表、一个电流表、二个开关、电压为的电源、额定电压为的小灯泡和一个标有“，”的滑动变阻器，设计了如图甲所示的电路。
①如果小灯泡的额定功率小于，电流表的量程选__________为宜；
②请用铅笔画线代替导线，按照图甲所示的电路图，将图乙的实物电路连接完整（连线不得交叉）；（______）
③在实验中，若电压表示数为，则灯泡的实际功率__________额定功率（选填“”、“”或“”）；
④当滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表示数增大。当电压表的示数为__________时小灯泡正常发光，此时电流表示数为，则灯泡的额定功率为___________；
⑤另一组的同学按同一电路连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。检查后发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：
Ⅰ.________________；
Ⅱ.__________________。
3．某小组要做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验，所选用的器材如下：
A．小灯泡（5.5 V　0.55 A）
B．学生电源（电动势为9 V，内阻约1 Ω）
C．电流表A（量程为0～0.6 A，内阻约0.2 Ω；量程为0～3 A，内阻约0.04 Ω）
D．电压表V（量程为0～3 V，内阻约3 kΩ；量程为0～15 V，内阻约15 kΩ）
E．滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω，最大允许电流1 A）
F．滑动变阻器R2（最大阻值1 500 Ω，最大允许电流0.3 A）
G．开关一个、导线若干
（1）请在虚线框中画出实验电路图，并标出选择的滑动变阻器。（______）
（2）请根据（1）中所画的电路图，补充完成图甲中实物电路的连线。（_______）
（3）闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次测量中电流表选择0～0.6 A量程，电压表选择0～15 V量程，电流表、电压表示数如图乙所示，可知该状态下小灯泡电阻的测量值Rx==___________Ω（计算结果保留两位有效数字）。
（4）某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。现把实验中使用的小灯泡接到如图丁所示的电路中，其中电源电动势E=6 V，内阻r=1 Ω，定值电阻R=9 Ω，此时灯泡的实际功率为___________W（结果保留两位有效数字）。
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．某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
①小灯泡L，规格“4.5V、0.5A”；
②电流表A，量程0.6A，内阻r约为0.2Ω；
③电压表V，量程15V，内阻约为15 kΩ；
④滑动变阻器R，阻值范围0~10Ω；
⑤学生电源E，电动势6V，内阻不计；
⑥开关S及导线若干。
（1）甲同学设计了电路进行测量，请按照电路图把实物图中未完成的连线补充完整。___________
（2）乙同学经分析发现甲同学实验精度不高，又从实验室找来Ig=100μA，Rg=1000Ω的灵敏电流计和电阻箱（0—99999.9Ω），想把灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，需要把电阻箱调成___________Ω的阻值，并与灵敏电流计___________（填“串”或“并”）联在电路中来替代实验中的电压表。
（3）乙同学用改装的电压表实验得到数据，现要以纵坐标表示通过电流表A的电流I，横坐标表示通过灵敏电流计的电流IG，画出I -IG图线，他已经把数据画在坐标纸上，请帮他把图线画出来。___________
（4）乙同学通过查找资料发现同等型号的小灯泡的灯丝在27℃时电阻是2.1Ω，并且小灯泡灯丝电阻值与灯丝温度的关系为R=k（273+t），k为比例常数。请估算灵敏电流表的电流IG=60μA时该灯泡灯丝的温度约为___________℃。
6．某同学测绘额定电压为2.5V，电阻约为4Ω的小灯泡的I U特性曲线，要求测量数据范围广。除了小灯泡，开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电流表（量程0 0.6A，内阻约1Ω）
B．电流表（量程0 3A，内阻约0.05Ω）
C．电压表（量程0 3V，内阻约3kΩ）
D．电压表（量程0 10V，内阻约10kΩ）
E．滑动变阻器（200Ω，0.3A）
F．滑动变阻器（10Ω，2A）
G．电源（电压3V，内阻不计）
（1）为使测量尽量准确，电压表选用______，电流表选用______，滑动变阻器选用______。（均填器材的字母代号）。
（2）画出实验电路原理图甲______，根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙中的实验电路连接完整______。
（3）开关S闭合之前，图乙中滑动变阻器的滑片应该置于______端（选填“A”、“B”或“AB中间”）
（4）若已知小灯泡灯丝在温度t=27℃时电阻值约为1.5Ω，并且其电阻值与灯丝的热力学温度T成正比，根据图画出的小灯泡I U特性曲线，估算该灯泡在电压2V时，灯丝的温度约______℃。（提示：T=273+t）
7．某一小型电风扇额定电压为5.0V，额定功率为2.5W。某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为6.0V）
B．电压表V（量程为6V，内阻约）
C．电流表（量程0.6A，内阻约0.2Ω）
D．电流表（量程3A，内阻约0.05Ω）
E.滑动变阻器（最大阻值25Ω，额定电流1A）
（1）为了减小读数误差和系统误差，实验中电流表应选______（填所选仪器前的字母序号）；
（2）请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在甲图的虚线框内______（小电风扇已画出）；
（3）操作过程中发现，电压表读数大于0.5V时电风扇才开始转动。该小组测绘出的小电风扇的电流与其两端电压的关系曲线如图乙所示，其中电压在0~0.5V图像为直线，由此判定小电风扇的电阻为______Ω；
（4）若用电动势为3V，内阻为2.5Ω的电源对该小风扇供电，电路如图丙所示，则小风扇工作时的电功率为______W。
8．某中学实验探究小组利用如图甲所示的电路描绘一小灯泡的伏安特性曲线，待测小灯泡的额定电压约为6 V，额定功率约为1.5 W。其中实验室还提供了如下的实验器材：
A．直流电源6 V（内阻不计）
B．直流电流表0～3 A（内阻0.1 Ω以下）
C．直流电流表0～600 mA（内阻约为5 Ω）
D．直流电压表0～15 V（内阻约为15 kΩ）
E．滑动变阻器（10 Ω，2 A）
F．滑动变阻器（1 kΩ，0.5 A）
G．导线若干、开关
（1）该小组的同学经过分析，所选的电流表应为_______，滑动变阻器应为_______。 （填写器材的代号）
（2）在如图乙所示实物中，用笔画线代替导线完成实物图的连接______。
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。
2．0~0.6 < 3.8 1.52 连接电路时开关没有断开 没有将变阻器的滑片调到阻值最大位置
【详解】
①[1]根据
P=UI
灯的额定电流小于
所以选0～0.6A量程；
②[2]滑片P向右移灯变亮，即电流变大，滑动变阻器的阻值变小，底下应接右端的B接线柱，连接电路如图所示
③[3]若电压表示数为2V，小于灯的额定电压3.8V，根据
则灯泡的实际功率小于额定功率；
④[4][5]当电压表的示数等于额定电压3.8V时灯正常发光，此时的功率为
P=UI=3.8V×0.4A=1.52W
⑤[6]连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭，说明Ⅰ连接电路时开关没有断开；
[7]Ⅱ.没有将变阻器的滑片调到阻值最大位置。
3． 8.0 0.84（0.78～0.90）
【详解】
（1）[1]小灯泡正常发光时的电阻为
R= Ω=10 Ω
更接近电流表的内阻，故电流表采用外接法，本实验需要多测几组数据，故滑动变阻器应采用分压式接法，为方便调节，滑动变阻器应选用最大阻值较小的R1，电路图如图甲所示。
（2）[2]电压表量程应选0～15 V，电流表量程应选0～0.6 A，根据图甲所示的电路图连接实物图，如图乙所示。
（3）[3]由题图乙知，电流为I=0.50 A，电压为U=4.0 V，由欧姆定律的推导式得
Rx==8.0 Ω
（4）[4]设小灯泡两端的电压为U，通过小灯泡的电流为I，由闭合电路欧姆定律得
U=E-I（R＋r）=6 -10I
在图丙中作出电源的U I图象，图象的交点坐标即为通过小灯泡的电流及小灯泡两端的电压，由图丙可知，U=2.2 V（2.1 V～2.3 V均可），I=0.38 A（0.37 A～0.39 A均可），则小灯泡的实际功率为
P=UI=2.2 V×0.38 A≈0.84 W（0.78 W～0.90 W均可）。
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． 49000 串 798
【详解】
（1）[1]电路连线如图
（2）[2][3]电流计改装成电压表需要串联分压电阻，阻值为
（3）[4]利用描出的各点，连成光滑曲线如图：
（4）[5]由图可知，当电流为60μA时，其电流为0.4A，则电阻为
由题中知，当电阻为2.1Ω时，温度为27℃，则代入给出的公式可知
k=0.007
则可知，当电阻为7.5Ω时，温度为
6．C B F A 1727
【详解】
(1)[1][2]小灯泡的额定电流为
=0.625A
描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要使灯泡电流达到额定电流，故电流表A不可用，故选B，灯泡额定电压为2.5V，电压表故选C。
[3]要求测量数据范围广，滑动变阻器应采用分压式接法，滑动变阻器应选择阻值较小的F，减小误差便于操作。
(2)[4]电流表内阻和小灯泡的内阻相接近，故采用电流表外接法，要求小灯泡两端的电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压式接法，电路如图所示
[5]实物连接如图所示
(3)[6]为了保护小灯泡不被烧坏，应使开关闭合式小灯泡两端的电压为零，所以滑动变阻器的滑片应置于最左端，即A端。
(4)[7]当U=2V时，根据图像可知，I=0.25A，阻值为
=10
由于电阻与热力学温度成正比，可得
R=kT=k(273+t)
当R=1.5时，t=27℃，则k=0.005，当阻值为时，可得
7．C 2.5 0.8
【详解】
(1)[1]电风扇的额定电流
电流表应选择C。
(2)[2]描绘出小电风扇的电流与其两端电压的关系，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由于电压表内阻远大于电风扇的电阻，电流表应采用外接法，实验电路图如图所示
(3)[3]电风扇不转动时是纯电阻电路，电风扇的电阻
(4)[4]作出电源的U-I图象如图所示
由图示图象可知，电风扇的工作电压U=2V，工作电流I=0.4A
电风扇工作时的功率为
8．C E
【详解】
（1）[1][2]由小灯泡的规格可知通过的最大电流约0.25 A，因此电流表选C；在该题中滑动变阻器接成分压式，此时要求滑动变阻器的最大阻值比用电器的电阻小，至少应差不多，小灯泡的电阻在正常工作时约为24 Ω，所以滑动变阻器不能选F，应选E，E的最大允许电流是2 A，实验中的最大电流约0.25 A，选E也是安全的。
（2）[3]由电路图，从电源的正极出发依次完成连接。