2.5实验：描绘I-U特性曲线 课后作业（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 课后作业（解析版）
1．小明做“测定小灯泡的电功率”的实验，所用器材有电压为的电源，额定电压为的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线。图甲是小明还没有连接完成的实物电路。
（1）请你用笔画线代替导线，帮小明将实物图甲中的电路连接完整；_______
（2）小明正确连接电路后闭合开关S，移动变阻器P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表无示数，则故障的原因可能是_______（选填“小灯泡”或“滑动变阻器”）出现断路；
（3）排除故障后闭合开关S，将变阻器P移至某点时，电压表的示数如图乙所示，电压表的示数为______V；要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向_______滑动（选填“A”或“B”）；
（4）小明通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成了如图所示的图像。根据图像可知，当加在小灯泡两端的电压为时，小灯泡的电阻是_______。
2．（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．
3．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）
4．为研究小灯泡的伏安曲线的特性，选用小灯泡额定值为“3.0 V，0.4 A”。
（1）实验中使用的通常仪器有：小灯泡、安培表、伏特表、电键、导线若干外；此外还需要______、______。
（2）为使加在小灯泡的电压从零开始，能在较大的范围内调节，请你在方框内画出相关的电路图______。
（3）请在I－U坐标系图中大致画出小灯泡的伏安特性曲线______。
5．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
6．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）。
7．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V　1.5 W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：
A．直流电源3V(内阻可不计)
B．直流电流表0～600 mA(内阻约0.5 Ω)
C．直流电压表0～3 V(内阻约3 kΩ)
D．滑动变阻器(10 Ω，1 A)
E．滑动变阻器(1 kΩ，300 mA)
F．开关、导线若干
(1)本实验中滑动变阻器选用________(填“D”或“E”)．
(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图甲所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零．闭合开关后发现电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是________；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线是________；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是________．
(3)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图乙所示的坐标系中作出该灯泡的伏安特性曲线_______．
U/V I/A
0 0
0.5 0.17
1.0 0.30
1.5 0.39
2.0 0.45
2.5 0.49
8．(1)图是“研究匀速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点。加速度大小用a表示
①OD间的距离为____cm
②下图是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示____，其大小为____m/s2（保留3位有效数字）
(2)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。
①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻档（请填写“×1”、“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图，结果为_____
②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图（左）完成实物图中（右图）的连线。_____
③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于____端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动。
④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点_____间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”）
9．用伏安法测量某一小灯泡（2.5V，1.2W）的伏安特性曲线，现有实验器材如下：
A．电流表（量程0.6A，内阻约）
B．电流表（量程3A，内阻约）
C．电压表（量程3V，内阻约）
D．滑动变阻器（）
E.滑动变阻器（）
G.电源（电动势3V，内阻不计）
F.开关和导线若干
（1）为了方便测量且测量结果尽量准确，电流表应选择_________；滑动变阻器应选择_________。（以上两空均选填器材前的字母）
（2）为了获得更准确的伏安特性曲线，实验电路应选用下列选项中的_________（选填字母代号）。
A．B．C．D．
（3）请用笔画线补充完整图甲中实物连接________。
（4）图乙是实验中测得的小灯泡的伏安特性曲线，将本实验中的小灯泡直接接在电动势为3.0V、内阻为的直流电源两端，则小灯泡的实际功率约为__________W。（结果保留两位小数）
参考答案
1．见解析 小灯泡 2.20 B 10
【详解】
（1）[1]测灯泡额定功率，电压表应测灯泡两端电压，电压表与灯泡并联，实物电路图如图所示：
（2）[2]闭合开关，电流表无示数，说明电路存在断路，电压表有示数，说明电压表与电源两极相连，电压表并联之外电路不存在断路，与电压表并联的灯泡断路。
（3）[3][4]由图示电压表可知，其量程为3V，分度值为0.1V，示数为2.20V；要测灯泡额定电压，应增大灯泡两端电压，减小滑动变阻器的分压，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，应将滑片向B移动。
（4）[5]由图示图象可知，U=1.5V对应的电流I=0.15A，此时灯泡电阻
2．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。
3．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
4．电源 滑动变阻器
【详解】
(1)[1][2]还需要的仪器有电源和滑动变阻器。
(2)[3]电压电流要从零测起，所以滑动变阻器应该用分压式；小灯泡正常发光时的电阻为
与电流表内阻相当，属于小电阻，电流表应该用外接法。电路图如图
(3)[4]当小灯泡温度较高时，电阻值增大，大致画出小灯泡的伏安特性曲线
5．1.80 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。
6． 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）。
7．（1）D （2）d， h， g （3）
【详解】
（1）[1]由于小灯泡内阻较小，故实验器材选择直流电源3V 、直流电表0～0.6A．直流电压表0～3V、滑动变阻器D；电路图采用电流表外接法。
（2）[2][3][4]电压表有示数说明并联路段无短路，串联路段无断路，电流表无示数说明串联路段有断路，根据这些条件可判断故障所在位置。
闭合开关后发现电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是d；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线是h；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是g
(3)
8．1.20（1.18~1.22均可） 0.460(0.458~0.464均可） ×1 7.5（7.3~7.7均可） a（或左） b（或右） ab
【详解】
(1)①[1]OD间的距离为
2.20cm-1.00=1.20cm
②[2][3]匀变速直线运动的规律
下图是根据实验数据绘出的s-t2图线，可知斜率表示，其大小为0.460 m/s2
(2) ①[4] [5]小电珠电阻为
①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表×1档调零后进行测量，读数为：7.5Ω
②[6]实物图如下
③[7][8]开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于左端，使分压部分电阻为零，保护电阻。为使小电珠亮度增加，P应由中点向右移动
④[9]为了获得更准确的实验图像，必须在相邻数据点ab间多测几组数据（因为这两组数据间电流值差距较大）
9．A D B 0.98（0.94~1.01都可）
【详解】
（1）[1]小灯泡参数为（2.5V，1.2W），粗算最大电流为0.48A，电流表选择量程0.6A即可（即A）；
[2]测小灯泡的伏安特性曲线，实验要绘制图象，要求测量更多的数据，电路结构选择滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应选择小滑动变阻器（即D），便于调节电路.
（2）[3]小灯泡的电阻约为，远小于电压表的内阻，应选择电流表外接法，因要求电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法，故原理图应选择B。
（3）[4]实物连接图如图所示：
（4）[5]把电源和小灯泡的伏安特性曲线画在一起，交点表示灯泡和该电源串联时的电压和电流，如图：
交点坐标为
，
小灯泡的实际功率
（0.94~1.01都可）