2.5实验：描绘I-U特性曲线 同步作业（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 同步作业（解析版）
1．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．
2．某同学想要描绘标有“，”字样小灯泡L的伏安特性曲线，实验要求能够实现在的范围内对小灯泡的电压进行测量，可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有∶
A．电源E（，内阻不计）
B．电压表V（量程，内阻约为）
C．电流表A（量程，内阻等于）
D．滑动变阻器（，额定电流）
E.滑动变阻器（，额定电流）
F.定值电阻（阻值等于）
G.定值电阻（阻值等于）
（1）为完成实验滑动变阻器应选用________（填“D”或“E”），定值电阻应选用_______（填“F”或“G”）
（2）在框内补充完善并画出实验电路原理图_________。
（3）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图所示。由实验曲线可知，流过小灯泡的电流与其两端的电压成________（填“线性”或“非线性”）关系；随着电流的增加小灯泡灯丝的电阻率________（填“增大”“不变”或“减小”）。
（4）如果将这个小电珠接到电动势为，内阻为的电源两端，电源的输出功率为______W。（保留两位有效数字）
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．某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定功率1.2W）；电压表V（量程3V，内阻3）；电流表A（量程0.5A，内阻约0.5）；阻值不同的固定电阻若干：滑动变阻器R（0-9.0）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线开关。
（1）为了较好地完成本实验，该同学需将现有电压表的量程扩大到4V，则电压表需串联一只______的固定电阻；
（2）该同学想描绘出小灯泡完整的伏安特性曲线，请在虚线方框中画出实验电路原理图______；
（3）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______（填“增大”“不变”或“减小”）；
（4）将两个这样的小灯泡并联后再与5的定值电阻R串联，接在如图（b）所示电压恒定为4V的电路上，则每只小灯泡的实际功率为______W。（结果保留2位有效数字）
5．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）
6．如图甲是研究小灯泡U-I关系的实验电路，表格中记录的是某次实验的测量数据。
实验序号 1 2 3 4 5 6 7 8
U（V） 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
I（A） 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
（1）下列可供选择的电源和滑动变阻器中最合理的组合是___________。
A．电动势为3 V，内阻为1 Ω的电池组和总阻值为100 Ω 的滑动变阻器
B．电动势为4.5 V，内阻为1.5 Ω的电池组和总阻值为100 Ω的滑动变阻器
C．电动势为3 V，内阻为1 Ω的电池组和总阻值为10 Ω的滑动变阻器
D．电动势为4.5 V，内阻为1.5 Ω的电池组和总阻值为10 Ω的滑动变阻器
E.电动势为4.5 V，内阻为1.5 Ω的电池组和总阻值为150 Ω的滑动变阻器
（2）在按照实验序号的先后得到以上数据的过程中，滑动变阻器的滑片移动的方向是_______（选填“a→b”或“b→a”）。
（3）在坐标方格纸内画出小灯泡的U-I曲线。（_______）
（4）分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而___________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（5）将上述小灯泡接入到如图乙所示的电路中，定值电阻R=24 Ω，电源电动势E=3 V，内阻r=1 Ω，则在这个电路中，小灯泡的电阻大小为___________Ω。
7．描绘一只规格为“2.8V，1.6W”的小灯泡的伏安特性曲线，某同学准备了以下实验器材：
A．干电池组E（电动势3V）
B．滑动变阻器R（最大电阻9Ω）
C．电流表A1（量程0～0.6A，内阻约0.5Ω）
D．电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）
E.电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）
F.电压表V2（量程0～15V，内阻约15kΩ）
G.一只开关S，导线若干。
（1）实验应选用的电流表是___________，电压表是___________（填器材前面的字母序号）。
（2）在方框里画出符合本实验要求的电路原理图______。
（3）根据测得的电压表V和电流表A的示数，描绘出I-U曲线如图甲所示。某次测量时，电流表指针位置如图乙所示，则电流表读数为___________A，此时小灯泡的电阻为___________Ω。
（4）用另一电源E0（电动势3V，内阻1.0Ω）和题给器材连接成如图丙所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为___________W（结果均保留2位小数）。
8．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________．
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．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
2．D G 非线性 增大 0.38
【详解】
(1)[1]由题意可知，电压要从零开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，故滑动变阻器应选阻值较小的D，便于调节，减小误差。
[2]估算灯泡的额定电流为
电流表50mA的量程不够，应并联阻值为的，改装成量程为250mA的电流表，故定值电阻应选用G。
(2)[3]由于灯泡电阻较小，采用电流表（改装后的）外接法，电路原理图如图所示
(3)[4]流过小灯泡的电流与其两端的电压成非线性关系。
[5]图线的斜率随电流的增大而减小，故随着电流的增加小灯泡灯丝的电阻率增大。
(4)[6]把电动势为，内阻为的电源伏安特性曲线与小灯泡的伏安特性曲线画在同一坐标中，如图所示
可知，小灯泡两端实际电压、通过电流分别为
，
故电源的输出功率为
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。
4．1000 增大 0.40
【详解】
（1）[1]电压表，量程为3V，内阻为3kΩ，把电压表量程扩大到4V，分压电阻分压为1V，是电压表量程的，由串联电路特点可知，串联电阻阻值为电压表内阻的，串联电阻阻值
（2）[2]描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由题意可知，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）[3]由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大，灯丝的电阻率增大。
（4）[4]设流过每个灯泡的电流为I，灯泡两端电压为U，由图（b）所示电路图可知，电源电动势
则
在灯泡I-U图像坐标系内作出I-U图像如图所示：
由图可知，灯泡电压为U=1.8V，电流I=220mA=0.22A，每只灯泡的实际功率
5．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
6．D a→b 变大 5.0
【详解】
（1）[1]因为电压和电流从零开始变化，所以滑动变阻器采用分压接法，因此其总电阻选用小些的，从表格中看到最大电压为3.0 V，所以电源电动势用略大点的。
故选D。
（2）[2]从表格数据看出，小灯泡两端的电压和流过的电流逐渐增大，所以滑动变阻器滑片向右滑，即a→b
（3）[3]描点连线后得到如图线①所示
（4）[4]根据（3）中得到的图象，可知电阻随着流过电流的增大而增大
（5）[5]将定值电阻等效看成电源内阻，则总的电源内阻为r′=25 Ω，电动势为E=3 V，根据
得
在U-I图中画出等效电源伏安特性曲线如图线②所示
与小灯泡的伏安特性曲线交于（0.10 A，0.5 V），解得小灯泡电阻为
7．C E 0.40 3.85 0.19
【详解】
（1）[1][2]由题意可知灯泡的额定电压为2.8V，额定电流为
所以电流表选用C，电压表选用E；
（2）[3]灯泡的电阻
通过计算可得
故电流表采用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线时小灯泡电压从零开始变化，所以滑动变阻器采用分压式接法，电路图如下图所示
（3）[4][5]由图乙可知，电流表的示数为0.40A，由图甲可知0.40A所对应的电压为1.5V，由欧姆定律得此时小灯泡的电阻为
（4）[6]当滑动变阻器阻值全部接入时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为3V，等效内阻为，由闭合电路欧姆定律得
在小灯泡的伏安特性图像中做出电源的伏安特性曲线如下图所示
则交点为灯泡的实际工作电压和电流，由图可知灯泡的电压约为0.6V，电流约为0.23A，则灯泡的最小功率为
8．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
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。