2.5实验：描绘I-U特性曲线 同步练习-2021-2022学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册（Word含答案）

2.5实验：描绘I-U特性曲线 同步练习
1．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）
2．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．
3．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。
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
7．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。
8．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，提供的器材有：“ （待测量）”的小灯泡、“ ”的滑动变阻器、四节新干电池等。
（1）连接电路时开关应__________。
（2）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整，使闭合开关时滑动变阻器连入电路的电阻最大。（______）
（3）闭合开关，发现灯泡不亮，两电表均无示数。为了查找故障，小明将电压表拆下并选择最大的量程，然后在开关闭合状态下，分别将电压表接在电源、滑动变阻器及开关两端，结果只有接在滑动变阻器两端时，电压表无示数，则肯定出现故障的元件是__________，故障原因是__________。（填“短路”或“断路”）
（4）排除故障后继续实验，将滑片移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为测量灯泡的额定功率，应将滑片向___________端移动，直至电压表的示数为，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是___________。
9．有一小灯泡上面标有“6V，4W”字样，现在要描绘这个灯泡的图线，下列器材可供选用。
A．电压表（量程6V，内阻） B．电压表（量程10V，内阻）
C．电流表（量程0.6A，内阻） D．电流表（量程1A，内阻2Ω）
E.滑动变阻器（50Ω，1A） F.滑动变阻器（5Ω，2A）
（1）实验中所用电压表应选_______，电流表应选_______，滑动变阻器应选_______。
（2）为达到实验目的，请在乙图中方框内将实验电路补充、连接完整。（______）
（3）这个灯泡的图线如图甲所示。若小灯泡两端的电压是额定电压的一半，则此时小灯泡的实际功率为________W。
参考答案
1．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
2．②③⑦ 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。
3．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
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．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．（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)
7． 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
8．断开 见解析 开关 断路 右
【详解】
（1）[1]在电路连接好之前，电键应该处于断开状态。
（2）[2]由于小灯泡阻值较小，采用电流表的外接法，由于没有特殊要求，滑动变阻器采用限流式接法，连接电路如图所示
（3）[3][4]开关两端有电压，表明开关处于断开状态，相当于无穷大的电阻，导致回路中没有电流，滑动变阻器两端没有电压，一定是开关出现断路。
（4）[5]此时小灯泡两端电压过低，回路电流过小，应将滑动变阻器阻值减小，因此触头P向右滑动；
[6]由图可知，回路电流为
因此灯泡的功率
9．A D F 1.5
【详解】
（1）[1][2][3]由题可知，灯泡的额定电压为6V，为减小误差，电压表应选量程为6V的A，额定电流
所以电流表量程选择1A的D，测量小灯泡的伏安特性曲线电压应从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，为方便调节，选择总电阻较小的F；
（2）[4]灯泡正常发光的电阻
因为
所以电流表选择外接法，电路图如下图所示
（3）[5]根据图像可知，当电压为3V时，电流为0.5A，所以功率为1.5W。