2.5实验：描绘I-U特性曲线 达标作业（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．要测绘一个标有“，”小灯泡的伏安特性曲线，已选用的器材有：
电池组（电动势为，内阻约）；
电流表（量程为，内阻约）；
电压表（量程为，内阻约）；
滑动变阻器（最大阻值，额定电流）
电键一个、导线若干。
在方框内画出实验电路图。
3．在实验室对规格为“，”的小灯泡进行“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验。
（1）根据图1所示实验电路图连接电路，为检验电路通电情况，接通开关后，电压表和电流表示数如图2和图3所示，此时理想电压为___________（结果保留3位有效数字），而电流表示数为零。出现上述情况的可能原因是__________；
A．电流表接线处断路 B．电压表接线处短路
C．小灯泡接线处断路 D．小灯泡接线处短路
（2）正确连接电路，记录多组数据，在坐标纸上描出各对应点并连线.与实验用的小灯泡相对应的图象可能是图4中的图线__________；（填“甲”或“乙”）
（3）当小灯泡两端电压为时，其消耗的实际功率约为__________W。
A．0.75 B．0.55 C．0.48 D．0.35
4．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。
5．在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线．要求能测出尽可能多组数据，如图1所示是没有连接完的实物电路。（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）
（1）本实验中，滑动变阻器应选用______连接方式（填“分压式”或“限流式”）
（2）实验过程中要求小灯泡两端电压从零开始调节，且为减小系统误差使用电流表外接法进行测量，应选择如图中哪一个电路图进行实验______。
A．B．C．D．
（3）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整______。
（4）正确连接电路后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，在要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向______端滑动（选填“左”或“右”）
（5）通过移动滑片P。分别记下了多组对应的电压表和电流表示数。并给制成了如图2所示的U-I图线，根据U-I图线提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率为______W。
6．某同学在实验室发现一废旧电阻元件，其上标注“2.5 V　1.2 W”的字样，为描绘出该元件的U－I图线，该同学在实验室找到了下列实验器材：
A．直流电源（电动势E＝3 V，内阻不计）
B．电流表（量程0～3 mA，内阻为1 Ω）
C．电流表（量程0～0.6 A，内阻约为1Ω）
D．滑动变阻器（阻值范围0～5Ω，允许通过的最大电流为0.6 A）
E．滑动变阻器（阻值范围0～50Ω，允许通过的最大电流为0.6 A）
F．定值电阻（阻值为999Ω）
G．定值电阻（阻值为99Ω）
H．开关、导线若干
（1）电流表应选________；由于没有电压表，应将电流表________和定值电阻________串联后作为电压表使用；滑动变阻器应选________．（填写器材前的字母标号）
（2）如图甲所示为该同学连接的部分电路，请你帮助他完成剩余部分的连线．________
（3）该同学通过实验得到该元件的U－I图线如图乙所示，由图线可知，该元件的阻值随温度的升高而________（选填“增大”“不变”或“减小”），若将该元件直接接到电动势为1.5 V、内阻为2 Ω的电源上，该元件消耗的功率为________．
7．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）
8．物理兴趣小组研究某发光体的伏安特性，实验室可提供的器材：发光体（额定电压为5.0V，额定功率为0.45W），直流电源（6V）、滑动变阻器（最大阻值约为10Ω）、量程合适的电压表和电流表开关和导线若干。已知发光体两端电压超过0.5V即可发光，实物连接图如图甲所示。
（1）闭合开关前，应把滑动变阻器滑片移到________（填“a”或“b”）端。
（2）闭合开关，调节滑动变阻器滑片位置，发光体一直不发光，电流表示数很小且几乎无变化，电压表示数接近电源电动势，下列原因可能是________（填正确答案标号）。
A．电流表短路
B．发光体断路
C．滑动变阻器的滑片接触不良
（3）更换发光体后，小组同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I—U图像，如图乙所示。当发光体两端加5.0V电压时，发光体的电阻R=________Ω，发光体的电功率P=_________W。（结果均保留两位有效数字）。
（4）若把该发光体接在电动势E=4.0V，内阻r=20.0Ω的太阳能电源上，该发光体的电功率约为________W。（结果保留两位有效数字）
9．现在学生中非常流行使用“手持USB便携小风扇”，王菲想用学过的电学知识测量一个标有“4V，2.4W”手持小风扇的伏安特性曲线，她选用实验器材组成电路。让电扇两端的电压从0逐渐增加到4V。实验室中有如下器材可选用：
A．电池组（电动势为5V，内阻约为）
B．被测小电风扇
C．电流表（量程为0~0.6A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表（量程为0~3A，内阻约为0.05Ω）
E.毫安表（量程为4mA，内阻60Ω）
F.滑动变阻器（最大阻值为5Ω，标定电流为1A）
G.滑动变阻器（最大阻值为2000Ω，标定电流为0.3A）
H.定值电阻，
I.开关和导线若干
（1）实验中电流表应选________（填“C”或“D”），滑动变阻器应选________（填“F”或“G”）；
（2）她想得到一个量程是4V的电压表，则应将定值电阻________（填“”或“”）与毫安表________（填“串联”或“并联”）；
（3）她测出小风扇伏安特性的曲线如图所示，发现OA段是直线，其余为曲线，则小风扇电线绕组的电阻是________Ω；
（4）她发现配备的充电电池标有“2400mAh”字样，则该电池可以使该电扇正常工作________小时。
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．
【详解】
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，灯泡作出发光时的电阻
电流表内阻约为5Ω，电压表内阻约为3000Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实验电路图如图所示
3．1.80 C 乙 B
【详解】
（1）[1]由图示电压表可知，其量程为3V，分度值为0.1V，示数为1.80V；
[2]电流表示数为零说明电路存在断路，电压表有示数说明电压表并联电路之外电路不存在断路，可能是与电压表并联部分电路存在断路，即小灯泡接线处断路，故C正确，ABD错误。故选C。
（2）[3]灯泡额定电压是3.8V，额定电流是0.3A，图线甲当电压为2.5V时电流已经是300mA=0.3A，因此图线甲不是灯泡的I-U图线，因此灯泡的I-U图线是乙。
（3）[4]由图丙所示乙图线可知，U=2.50V时I=220mA=0.220A，此时灯泡功率
P=UI=2.50×0.220W=0.55W
故B正确，ACD错误。
故选B。
4． 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
5．分压法 A 见解析 右 0.5W
【详解】
（1）[1]由于要求能测出尽可能多的数据，因此滑动变阻器采用分压式连接方式；
（2）[2] 由于小灯泡两端电压从零开始调节，因此滑动变阻器采用分压式接法；而灯泡电阻较小，采用电流表外接。
故选A。
（3）[3]电路连接如图所示
（4）[4]由于小灯泡与滑动变阻器左半部分并联，当滑动变阻器滑片向右滑动，左半部分分得的电压升高，小灯泡两端电压升高，才会达到额定电压。
（5）由于小灯泡的额定电压为2.5V，从图像中可知对应的电流为0.2A，因此额定功率
6．C B F D 增大 0.28 W
【详解】
（1）[1][2][3][4]根据
实验中电流表选用量程为0～0.6 A的C，需将另一电流表B和定值电阻串联改装为量程为3 V的电压表，串联电阻值
即需要F，描绘该元件的U－I图线时，电压应从零开始测量，故应采用分压电路，为了便于操作，滑动变阻器选择D
（2）[5]实物连线中，由于待测元件阻值较小，电流表分压作用明显，故电流表应采用外接法
（3）[6]从题图乙中图线判断，电流增大，元件的阻值增大
[7]直接接在电源上时，对电源有
作出此时该电源的U－I图线，如图所示
两图线的交点即为元件的实际电流与电压，故该元件消耗的功率
7．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
8．a B 58 0.43 0.17
【详解】
（1）[1]为保证仪器安全，闭合开关前需把滑动变阻器调到阻值最大处，即a端。
（2）[2]电流表有示数，说明电流表并没有短路，A错误；滑动变阻器的滑片接触不好，总阻值直接接入电路，结合乙图，该种情况发光体可以发光，C错误；若发光体断路，电压表直接串联接入电路，电路中有电流，电压表示数接近电源电动势，B正确。
（3）[3][4]根据图像，当发光体电压为5.0V时，电流为86.0mA，则电阻
功率
（4）[5]作出电源特征曲线，如图，电源特征曲线与发光体I—U图像交点的横、纵坐标之积即为电功率，因I=0.60A，U=2.8V可得电功率约为
P=IU=0.17W
9．C F R3 串联 2.5 4
【详解】
（1）[1]电风扇的额定电流
从读数误差的角度考虑，电流表选择C；
[2]电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为5Ω的误差较小，即选择F。
（2）[3][4]毫安表（量程为4mA，内阻60Ω），想得到一个量程是4V的电压表，则应串联一电阻分压，分压电阻
故应串联R3。
（3）[5]OA段是直线，其余为曲线，结合图象可知电压表读数小于0.5×10-3×（940+60）=0.5V时电风扇没启动。根据欧姆定律得
（4）[6]电扇正常工作时的功率P=2.4W，充电电池标的容量为
根据得该电池可以使该电扇正常工作时间