2.5实验：描绘I-U特性曲线 达标练习（word版含解析）

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 达标练习（解析版）
1．某同学要研究一小灯泡L（3.6V，0.30A）的伏安特性。所用器材有：电流表（量程200mA，内阻），电流表（量程500mA，内阻）、定值电阻（阻值）、滑动变阻器（最大阻值10Ω）、电源E（电动势4.5V，内阻很小）、开关S和若干导线。
（1）请设计合理的电路并在实物图中画出连线______；
（2）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的和。所得实验数据在下表中给出。
32 55 85 125 144 173
171 229 299 379 424 470
根据实验数据可算得，当时，灯丝电阻______Ω（保留1位小数）；
（3）现将完全相同的两个小灯泡，其伏安特性曲线如图b所示，与另一电源（电动势4V，内阻1.0Ω）和一阻值为的定值电阻连接成如图c所示电路。此电路中每个小灯泡的实际功率为______W。（结果保留三位有效数字）
2．某同学欲研究小灯泡L（额定功率1.5W，额定电压3.8V）的伏安特性，所提供的器材如下：
A．直流电源E（电动势约为4V，内阻可不计） B．直流电流表A1（量程0~3A，内阻等于0.1Ω）
C．直流电流表A2（量程0~300mA，内阻等于1Ω）D.直流电压表V1（量程0~15V，内阻未知）
E.直流电压表V2（量程0~4V，内阻未知）
F.滑动变阻器R1（最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A）
G.滑动变阻器R2（最大阻值1kΩ，允许通过的最大电流为0.5A）
H.定值电阻R3=1Ω
I.定值电阻R4=10Ω
J.开关、导线若干
（1）实验要求尽可能准确地描绘小灯泡的伏安特性曲线，则电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用______（均填器材前的字母序号）。
（2）请补全实验电路原理图。（______）
3．小贾欲测绘额定电压为2.5V小灯泡的伏安特性曲线
（1）若小贾连接的实物图如图甲所示，则必须调整导线________（填图中数字编号）才能完成实验；
（2）正确连线后闭合开关，将滑动变阻器的滑片向一端移动时，发现小灯泡始终不亮，电流表的示数几乎为零，电压表的示数逐渐增大，则电路的故障可能为________；
A．小灯泡短路 B．小灯泡断路 C．电流表断路 D．滑动变阻器断路
（3）排除故障后，小贾分别用电流表内接和外接法测得多组数据，并在图像中描绘出图乙所示的两图线，则该小灯泡正常发光时的电阻为________（结果保留两位有效数字）；
（4）若小灯泡的功率为，两端电压为，则以下相关图像可能正确的是（______）
A． B． C． D．
4．在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，画出的小灯泡伏安特性曲线________直线（填“是”或“不是”）；图中螺旋测微器的读数是___________mm。
5．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”）；
6．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，实验器材如下：
待测小电珠（2.5V，1.2W）
直流电源（电动势为4V，内阻约1Ω）
电流表A（量程为0~0.6A，内阻约5Ω）
电压表V1（量程为0~3V，内阻约3kΩ）
电压表V2（量程为0~15V，内阻约15kΩ）
滑动变阻器R1（最大阻值20Ω，额定电流1A）
滑动变阻器R2（最大阻值2kΩ，额定电流0.3A）
开关一个、导线若干
（1）请在方框内把电路图补充完整：______
（2）该实验中电压表应选用______（填V1或V2），滑动变阻器应选用______（填R1或R2）；
（3）实验得到小电珠的伏安特性曲线如图所示，如果将这个小电珠与电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源串联形成闭合回路，此时小电阻消耗的电功率为______W。
7．某同学与研究小灯泡L（额定功率为1.5W，额定电压为3.8V）的伏安特性曲线，所提供的器材有
A．直流电源E（电动势为4V，内阻忽略不计）
B．直流电流表，内阻等于
C．直流电流表，内阻等于
D．直流电压表，内阻未知
E．直流电压表，内阻未知
F．滑动变阻器，允许通过的最大电流为
G．定值电阻
H．定值电阻
①补全实验图甲所示的电路图，并注明试验所用器材___________。若正确连接电路后，无论怎样滑动滑动变阻器滑片，电压表示数均不变，则电路可能出现的故障为___________ 。
②实验测得小灯泡伏安特性曲线如图乙（a）所示
（i）曲线上某点的电阻数值上等于________ 。
A．该点切线斜率
B．该点与原点O的连线斜率
C．该点与电压最大值点连线的斜率
（ii）若用另一电源（电动势为3V，内阻忽略不计）将与小灯泡L完全相同的3个小灯泡连接成如图乙（b）所示的电路，则三个小灯泡实际总功率为________ W。
8．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）
9．某课外实验小组的同学想测出家用手电筒的灯泡正常工作时的电阻，实验器材有：电源（电压4.5V）、开关、电压表、电流表各一个，导线若干，额定电压为2.5V的待测手电筒灯泡（电阻约为7Ω），滑动变阻器两个（A：“5Ω　2A”；B：“20Ω　0.5A”）；
（1）该实验的实验原理是___________；实验中，应选用的滑动变阻器是___________（选填“A”或“B”）；
（2）如图甲所示是实验电路图，请用笔画线代替导线，将实验电路连接完整（要求：滑动变阻器的滑片向右移动时，小灯泡亮度变暗）___________。
（3）该组同学连接完电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表、电压表示数均很小，怎样移动滑片都不起作用，导致该故障的原因是___________；
（4）排除故障后，移动滑动变阻器的滑片，若某时刻电压表的示数如图乙所示，此时小灯泡两端电压为___________V；为了测定小灯泡正常工作时的电阻，应将滑动变阻器的滑片向___________（选填“A”或“B”）移动。
（5）如图丙所示是根据记录的实验数据画出的小灯泡两端的电压与通过其的电流的关系图像，从图像可知，小灯泡正常工作时小灯泡的电阻是___________Ω。
（6）该组同学完成实验后，又想测量一个额定电压为3.8V的小灯泡正常发光时的电阻，在检查器材时发现电压表0~15V量程已经损坏，0~3V量程还可以正常使用，在不添加器材的情况下，请帮该组同学提供一个合理的解决方案：______________________。
参考答案
1． 11.6 0.198
【详解】
（1）[1]根据题意可知小灯泡的阻值为
通过的最大电流为300 mA，所以电流表选择A2测电流，没有电压表，可以用电流表A1与定值电阻串联测电压，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，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1；由于改装后电压表内阻已知，电流表采用外接法，实验电路图和实物图如图所示
（2）[2] 由表中数据可知I1=173mA时，I2=470mA；由欧姆定律可知，此时灯泡电阻
代入数据解得
（3）[3]设每个灯泡两端电压为U，电流为I，则由闭合电路的欧姆定律
E=2U+I（r+R）
即
4=2U+10I
变形得
U=2-5I
将此函数关系画在灯泡的伏安特性曲线上，如图所示
交点坐标为（1.1V，0.180A），即此电路中每个小灯泡两端的实际电压为1.1V，电流为0.180A，此电路中小灯泡的实际功率为
P=UI=1.1×0.180W=0.198W
2．C E F
【详解】
(1)[1]小灯泡额定电流
所以两电流表均不可用。只有改装才行，直流电流表用C并联定值电阻H后，由于两电阻相等则改装成了量程为600mA的电流表。电流表应选用A2，故选C。
[2]小灯泡额定电压为3.8V，电压表选用V2，与灯泡的额定电压相当，直接可以用来测灯泡两端电压，为了电压测量准确，故选E。
[3]由于电流要从零开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，为了便于调节，滑动变阻器选用R1，故选F。
(2)[4]由于改装后的电流表的分压可求，所以电流表采用内接法，滑动变阻器采用分压接法，接此电路电路图如图所示
3．②③⑦ B 5.0 C
【详解】
(1)[1]③接错，本实验要求电压与电流从零开始增大，滑动变阻器应采用分压接法，③上端应接到变阻器下端的左接线柱上；②接错，开关应接在干路上，②的右端应接到开关的另一端；⑦接错，⑦应接到量程上，故需要重新调整的导线为②③⑦。
(2)[2]若灯泡短路，电流表的示数较大；若电流表和滑动变阻器断路，则电压表的示数为0；现在电流表的示数几乎为零，电压表的示数逐渐增大，可知灯泡可能断路，B正确。
故选B。
(3)[3]本实验应采用电流表外接法，此时电流表测量的是电压表和小灯泡的总电流，此时电流表的示数偏大些，画出的图像应该为图乙中的图线1，故当小灯泡电压时，电流，则小灯泡正常发光时的电阻为
(4)[4]AB．小灯泡电压增大，通过的电流、电功率、电阻均增大，由知，比值不断增大，图线应向上偏，AB错误；
CD．由可知，比值不断减小，图线应向下偏，C正确，D错误。
故选C。
4．不是 3.374
【详解】
[1] 灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，灯泡电阻阻值不是定值，灯泡通过灯泡的电流与电压不成正比，灯泡的伏安特性曲线不是直线
[2] 由图示螺旋测微器可知，其示数为
5．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；
6． V1 R1 0.1
【详解】
（1）[1]描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；小电珠的电阻较小，应采用电流表外接法，电路图如图所示：
（2）[2]灯泡额定电压是2.5V，电压表应选V1。
[3]本实验灯泡两端电压从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法，应选用总阻值较小的滑动变阻器R1。
（3）[4]根据闭合电路的欧姆定律有
U＝1.5﹣5I
在图中做出电源的U﹣I图象：
可得两图象交点为（0.2A，0.5V），则该小电珠消耗的电功率
P＝UI＝0.2×0.5W＝0.1W
7． 连接滑动变阻器左端导线与连接灯泡的导线同时断路 B 0.75
【详解】
①[1]由于小灯泡额定电流为
所以量程为0~3A的电流表量程太大，只有用量程为0~300mA的电流表与定值电阻并联以扩大量程，实验要求电压从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，滑动变阻器应选择最大阻值为10Ω的滑动变阻器，所以补全电路图如图所示，
[2]由于滑片移动时，电压表的示数总不变，则故障是连接滑动变阻器左端导线与连接灯泡的导线同时断路；
②（i）[3]描绘了小灯泡的伏安特性曲线，根据欧姆定律有
所以曲线上某点的电阻时这点与坐标原点连线的斜率，AC错误，B正确。
故选B。
（ii）[4]在图a中通过观察得，当电流分别为125mA，250mA时加在小灯泡上的电压分别约为0.7V，2.3V，两者之和等于电源电动势，整体法得总功率为
8．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
9． B 将滑动变阻器下面两个接线柱接入了电路，连接成了定值电阻 2.00 A 10 见解析
【详解】
（1）[1]该实验的实验原理
[2]电源电压4.5V，额定电压为2.5V的灯泡，电阻约为7Ω，正常发光时的电流大小约为
根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压
根据欧姆定律的变形公式，变阻器连入电路中的电阻
故应选用“20Ω　0.5A”的B变阻器。
（2）[3]滑动变阻器的滑片向右移动时，小灯泡亮度变暗，即电流变小，电阻变大，故滑片左边电阻丝连入电路中，如图所示
（3）[4]该同学连接完电路后，闭合开关，电流表、电压表示数均很小，发现灯泡不亮，说明电路为通路且灯泡的电压和通过的电流很小，则电路中的电阻较大；而怎样移动滑片都不起作用，导致该故障的原因是将滑动变阻器下面两个接线柱接入了电路，连接成了定值电阻。
（4）[5]图乙中电压表选用小量程，分度值为0.1V，此时小灯泡两端电压为2.00V；
[6]灯在额定电压2.5V时正常发光，需增大灯的电压，由串联电路电压的规律应减小应减小滑动变阻器的电阻，故将滑动变阻器的滑片向A移动。
（5）[7]根据小灯泡两端的电压与通过其的电流的关系图象可知，灯的电压为2.5V时，通过的电流为0.25A，则小灯泡正常工作时的电阻为
（6）[8]根据串联电路电压的规律，当额定电压为3.8V的小灯泡正常发光时，滑动变阻器分得的电压
故可将0~3V量程的电压表并联在滑动变阻器的两端，移动滑片，当电压表示数为0.7V时，记下电流表示数，根据欧姆定律即可求出灯泡正常发光的电阻大小。