2.5实验：描绘I-U特性曲线 同步提升作业（word版含答案）

2.5实验：描绘I-U特性曲线 同步提升作业（含解析）
一、选择题
1．实验室一小灯泡的伏安特性曲线如图所示，根据该图像可知（　　）
A．流过灯泡的电流越大，灯泡的温度越低
B．流过灯泡的电流越大，灯泡的电阻越小
C．图线上某点的电阻值在数值上等于该点切线斜率的倒数
D．灯泡的温度越高，灯丝的电阻率越大
2．同学们在实验室完成“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，一般使用小灯泡的参数为”3.8V，0.6A”。应选用的电路图是（　　）
A． B．
C． D．
3．如图所示，图甲为一个电灯两端电压与通过它的电流的变化关系曲线。由图可知，两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故。不计电流表内阻。如图乙所示，将两个这样的电灯并联后再与的定值电阻串联，接在电动势为、内阻不计的电路上，则下列选项中正确的是（　　）
A．电阻消耗的功率约为
B．电阻消耗的功率约为
C．每个灯的实际功率约为
D．每个灯的实际功率约为
4．某实验小组为了精确描绘小灯泡（额定电压2.5V，额定功率1W）的伏安特性曲线，实验时，要求小灯泡两端电压从0开始，并逐渐增大到其额定电压。实验器材有：电流表（0~0.6A，内阻约为0.5Ω）、电压表（0~3V，内阻约为3kΩ）、两节干电池、开关、合适的滑动变阻器和导线若干。该小组应选择的实验电路图为（　　）
A． B．
C． D．
5．在如图甲所示的电路中，电源电动势为，内阻不计，、、为相同规格的三个小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列判断正确的是（　　）
A．灯泡的电阻为
B．通过灯泡电流是通过灯泡电流的2倍
C．灯泡两端电压是灯泡两端电压的2倍
D．灯泡的电阻为
6．由钨合金制成的导体的伏安特性曲线如图所示，根据该图线及相应坐标可知（　　）
A．流过导体的电流为1A时，导体的电阻是5Ω
B．加在导体两端的电压为12V时，导体的电阻是14Ω
C．该导体是线性元件
D．该导体是非线性元件
7．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为、。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是（　　）
A．电源1与电源2的内阻之比是
B．电源1与电源2的电动势之比是
C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是
D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是
二、实验题
8．某同学研究小灯泡的伏安特性曲线，所使用的器材有：
小灯泡L（额定电压3.8 V，额定电流0.32 A）；
电压表V（量程5 V，内阻3 kΩ）；
电流表A（量程0.3 A，内阻0.5 Ω）；
固定电阻R0（阻值1.0 Ω）；
滑动变阻器R（阻值0～9.0 Ω）
电源E（电动势5 V，内阻不计）；
开关S，导线若干；
（1）实验要求能够实现在0～0.32 A的范围内对小灯泡进行测量，利用上述器材，设计电路，在虚线框中画出实验电路原理图。______
（2）实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示．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”）；设A为实验曲线上的某点，过A点的切线斜率为k1，坐标原点与A点连线的斜率为k2，在对应A点时小灯泡的电阻为_______。
（3）用另一电源E0（电动势3 V，内阻1.0 Ω）和题给器材连接成如图乙所示的电路，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。（结果保留2位有效数字）
9．小亮同学为研究某电学元件（最大电压不超过2.5 V，最大电流不超过0.55 A）的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材：
A．电压表（量程是3 V，内阻是6 kΩ） B．电压表（量程是15 V，内阻是30 kΩ）
C．电流表（量程是0.6 A，内阻是0.5 Ω） D．电流表（量程是3 A，内阻是0.1 Ω）
F．滑动变阻器（阻值范围0～5 Ω），额定电流为0.6 A
G．滑动变阻器（阻值范围0～100 Ω），额定电流为0.6 A
H．直流电源（电动势E＝3 V，内阻不计） I．开关、导线若干
该同学设计电路并进行实验，
（1）为了提高实验结果的准确程度，电流表选______；电压表选 _____；滑动变阻器选______。（以上均填写器材代号）
（2）请在线框中画出实验电路图______；
（3）通过实验得到如下数据该同学描出了该电学元件的伏安特性曲线；据图中描出的伏安特性曲线可知，该电学元件的电阻随温度而变化的情况为________________________。
10．（1）某物理兴趣小组要描绘一个标有“4V、2.0W”的小灯泡L的伏安特性曲线，为获得更多数据，想通过电路设计，使灯泡两端的电压在0～4V间可调，且尽量减小实验误差。准备的实验器材有：
A．直流电源4.5V（内阻很小可不计）
B．直流电流表0～500mA（内阻约为5Ω）
C．直流电压表0～3V（内阻等于6kΩ）
D．滑动变阻器R1，0～10Ω，额定电流2A
E．滑动变阻器R2，0～100Ω，额定电流1A
F．三个定值电阻（R3=1kΩ，R4=2kΩ，R5=6kΩ）
G．开关和导线若干
①在给定的器材中，滑动变阻器选用______（选填“R1”或“R2”），定值电阻选用______（选填“R3”、“R4”或“R5”）；
②小组同学设计好实验电路图后，如图甲已经连好了部分导线，请用笔代替导线将实物图补充完整______；
③实验测得小灯泡伏安特性曲线如图乙所示，若将两个完全相同规格的小灯泡L与阻值R=6Ω的定值电阻按图丙所示电路连接，电源电动势E=6V，内阻r=6Ω，此时每个小灯泡消耗的电功率为______W（结果保留2位有效数字）；
（2）完成上述实验之后，某同学用多用电表粗测了小灯泡的电阻，实验情况如图丁，由此可知流过灯泡的电流方向______（选填A→B或B→A）。
11．（1）图1螺旋测微器读数为________mm，图2游标卡尺读数为________cm。
（2）在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要求加在小灯泡上的电压从零开始变化，滑动变阻器的连接方式应选择______（填“（a）”或“（b）”）；图（c）是某个小灯泡的伏安特性曲线，细实线是A点切线，图线中A点对应的灯丝电阻等于________Ω；随着电压的增大，灯丝的电阻_______（填“增大”或“减小”）。
（3）请按照右图中实验电路，补充完成图甲中的实物连线_______。
12．有一额定电压为、额定功率的小灯泡，现要用伏安法描绘这个小灯泡的伏安特性曲线。有下列器材可供选用
A．电压表（量程内阻约）
B．电压表（量程，内阻约）
C．电流表（量程，内阻约）
D．电流表（量程，内阻约）
E.滑动变阻器（最大电阻，允许最大电流）
F.滑动变阻器（最大电阻，允许最大电流）
G.三节干电池（电动势约为）
H.电键、导线若干
（1）为提高实验的精确程度，电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________ ；（以上均填器材前的序号）
（2）通过实验描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图，则以下四个电路图中哪一种实验误差最小( )
A． B． C． D．
所以小灯泡电阻测量值________真实值（填“大于”、“小于”、“等于”）；
（3）根据小灯泡的伏安特性曲线，当小灯泡电压是2V时，小灯泡电阻是_____（保留两位小数）
（4）由伏安特性曲线可知，小灯泡电阻随电压增大而________。
13．甲、乙两同学拟探究规格为“4.0V 0.7A”的小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
①电流表A1，量程为0～3A，内阻约为0.1Ω；
②电流表A2，量程为0～0.6A，内阻为r2=0.2Ω；
③电压表V，量程为0～3V，内阻为rV=9kΩ；
④标准电阻R1，阻值为0.6Ω；
⑤标准电阻R2，阻值为3kΩ；
⑥滑动变阻器R3，阻值范围为0～200Ω，额定电流为1A；
⑦滑动变阻器R4，阻值范围为0～5Ω，额定电流为2A；
⑧学生电源E，电动势为6V，内阻不计；
⑨开关S及导线若干。
（1）甲同学设计了如图1所示的电路图，与电压表V串联的电阻R′应该选标准电阻_______（填“R1”或“R2”）；滑动变阻器R应该选________（填“R3”或“R4”）。
（2）乙同学认为甲同学所选取的电流表A1量程过大，会有较大的读数误差，他经过认真思考后，对甲同学的电路进行修改，提出的以下方案中，你认为更合理的是_________（填正确答案标号）。
A． B．C． D．
（3）实验测得该小灯泡L的伏安特性曲线如图2所示，由图可知，小灯泡L的电阻随温度升高而_______（填“增大”“不变”或“减小”）。
（4）将该小灯泡L与阻值为R0=4Ω的定值电阻串联，并与另一电源E0（电动势为3.5V，内阻为1.0Ω）连接成如图3所示的电路，则小灯泡L消耗的功率为___________W（结果保留两位有效数字）。
14．在如甲图所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．当开关闭合后，灯泡L1的电阻为_________Ω，灯泡L2消耗的电功率为_________W．
15．在如图（a）所示的电路中，电源电动势为3V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的U-I曲线如图（b）所示，R为定值电阻，阻值为10Ω当开关S闭合后，L1消耗的电功率为________W，电路消耗的总功率___________W。
16．由某种材料制成的电器元件接在电路中时，通过的电流I与两端电压U的关系如图所示。现将该元件接在电动势为8V，内阻为4Ω的电源两端，则通过该元件的电流为_______A。若将两个这样的元件并联接在该电源上，则每一个元件消耗的功率为_________W。
17．某额定电压为8 V的灯泡的伏安特性曲线如图所示．若将它与一个R＝7 Ω的定值电阻串联后接在电动势E＝8 V、内阻r＝1Ω的电源上，则通过该灯泡的实际电流约为______ A，该灯泡的实际功率为______ W．
参考答案
1．D
【解析】
A．流过灯泡的电流越大，灯泡的温度越高，故A错误；
B．流过灯泡的电流越大，温度越高，灯泡的电阻越大，故B错误；
C．图线上某点的电阻值是该点和原点的连线斜率的倒数，不是该点切线斜率的倒数，故C错误；
D．灯泡的温度越高，灯丝的电阻率越大，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，故滑动变阻器应采用分压接法；又因灯泡电阻较小，故电流表应选择外接法。
故选B。
3．B
【解析】
【详解】
设此时电灯两端的电压为U，流过每个电灯的电流为I，由串并联电路的规律得
代入数据，可得
在图甲中画出此直线如图所示
可得到该直线与曲线的交点为(10V，0.50A)，即流过电灯的电流为0.50A，电灯两端电压为10V，电阻消耗的功率约为
每个电灯的实际功率约为
故B正确；ACD错误。
故选B。
4．C
【解析】
【详解】
电压表的内阻远大于小灯泡的电阻，则应采用电流表外接；要求小灯泡两端电压从0开始，并逐渐增大到其额定电压，则滑动变阻器要用分压电路。
故选C。
5．ACD
【解析】
【详解】
A．当开关闭合后，灯泡L1的电压U1=3V，由图乙读出其电流I1=0.25A，则灯泡L1的电阻
故A正确；
BCD．灯泡L2、L3串联，电压U2=U3=1.5V，由图乙读出其电流I2=I3=0.20A，则
，
故B错误，CD正确。
故选ACD。
6．AD
【解析】
A．流过导体的电流为1A时，两端电压为5V，则导体的电阻为
A正确；
B．加在导体两端的电压为12V时，流过导体的电流为1.5A，则导体的电阻为
B错误；
C．由AB解析可知导体电阻随电压的升高而增大，该导体是非线性元件，C错误，D正确。
故选AD。
7．AB
【解析】
【详解】
AB．电源1与电源2的电动势为图线的纵轴截距，即
电源1与电源2的内阻为图线的斜率大小，即
故AB正确；
C．该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接时，其图线的交点即为电路中干路电流和路端电压，有
所以在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是
故C错误；
D．根据
可得在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是
故D错误。
故选AB。
8． 见解析 增大 0.21（0.20～0.23均可）
【解析】
【详解】
(1)因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；由于电流表量程较小，为了扩大电流表量程，将R0和电流表并联，电流表可以采用外接法，也可以采用内接法，若采用外接法，原理图如图所示
(2) I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，图象的斜率随电压的增大而减小，故说明电阻随电流的增大而增大；其原因是灯丝的电阻率随着电流的增大而增大。
坐标原点与A点连线的斜率为k2，因为纵轴单位为毫安，则对应A点时小灯泡的电阻为。
(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为3 V，等效内阻为10 Ω，则有
作出电源的I－U图象如图中直线所示
由图线交点可知，灯泡电压为
电流
则最小功率
9． C A F 见解析 元件电阻随温度升高而增大
【解析】
【详解】
（1）由于电学元件（最大电压不超过2.5 V，最大电流不超过0.55 A），所以电流表选0.6A的量程，则选C；电压表选3V的量程，则选A。
由于研究某电学元件的伏安特性曲线，电压电流从0开始，所以采用分压式控制电路，则滑动变阻器选小阻值的选F。
（2）由于研究某电学元件的伏安特性曲线，电压电流从0开始，所以采用分压式控制电路，由于电学元件的电阻较小，根据规律“小外偏小”，测量电路采用伏安法外接法，实验电路图如图所示
（3）根据图像可知，图线的斜率逐渐变小，因此随着温度的升高该电学元件的电阻逐渐增大。
10． R1 R4 0.35 A→B
【解析】
【详解】
（1）滑动变阻器要接成分压电路，则滑动变阻器选用阻值较小的R1；因电压表量程过小，则可用定值电阻R4与电压表串联；
电路连线如图；
若将两个完全相同规格的小灯泡L与阻值R=6Ω的定值电阻按图丙所示电路连接，则
即
U=3-6I
将此关系画在灯泡的U-I图像上，如图
交点为电路的工作点，则由图像可知I=0.32A，U=1.1V，则功率
P=IU=0.35W
（2）因黑表笔接内部电源的正极，可知流过灯泡的电流方向A→B。
11． 0.900 1.450 （a） 10 增大
【解析】
【详解】
（1）由图可得螺旋测微器读数为
由图可得游标卡尺读数为
（2）因为要使小灯泡上的电压从零开始变化，滑动变阻器的连接方式应为分压式接法，故选（a）；
由欧姆定律知，A点处灯泡电阻为
因为伏安特性曲线的斜率为灯泡电阻的倒数，从图像可得随着电压的增大，斜率逐渐减小，故灯泡电阻逐渐增大；
（3）根据电路图可得实物图如下
12． A D E A 小于 11.63（11.49Ω至11.76Ω都对） 增大
【解析】
【详解】
（1）由题意可知，灯泡的额定电压为，为了准确性及安全性原则，电压表应选择A；
由
可得，灯泡的额定电流为
故电流表应选择D；
测量灯泡的伏安特性曲线实验中，要求电流从0开始测量，故应采用分压接法，滑动变阻器应选用小电阻，故滑动变阻器应选择E；
（2）测量小灯泡的伏安特性曲线时，要求电压值从零开始变化，故滑动变阻器应采有分压接法；灯泡内阻约为
而电流表内阻约为，故电流表应采用外接法，故电路图选A；
因为采用电流表的外接法，流过灯泡的实际电流小于电流表的电流，由
可知，灯泡电阻的测量值小于真实值；
(3)由灯泡的伏安特性曲线则可得出灯泡的电压是2V时，电流是0.172A
考虑估读误差，电流按11.70A计算，结果为11.76Ω，电流按照11.74A计算，结果为11.49Ω，所以11.49Ω至11.76Ω都对。
(4)由灯泡的伏安特性曲线可以看出图线的斜率越来越小，而斜率表示电阻的倒数，故电阻越来越大，即小灯泡电阻随电压增大而增大。
13． A 增大 0.60
【解析】
【详解】
（1）由于灯泡规格为“4.0V　0.7A”，给电压表V（量程为0～3V，内阻为）串联一个后，可改装成量程为0～4V的电压表；由于本实验采用滑动变阻器的分压式接法，故选滑动变阻器选。
（2）C选择电流表内接法，由于电流表的分压作用，改装后的电压表测不到4V的额定电压。
故A。
（3）图像的线切斜率为灯泡电阻的倒数，故小灯泡的电阻随温度升高而增大。
（4）如图，作出等效电源的曲线，与小灯泡伏安特性曲线相交于（0.4A，1.5V）处，故其实际功率为
P=UI=0.60W
14． 12Ω 0.30W
【解析】
【详解】
当开关闭合后，灯泡L1的电压U1=3V，由图2读出其电流I1=0.25A，则灯泡L1的电阻；灯泡L2、L3串联，电压U2=U3=1.5V，由图读出其电流I2=I3=0.20A，则I1=1.25I2，灯泡L2、L3的功率均为P=UI=1.5V×0.20A=0.30W；
15．
【解析】
【详解】
由图（b）可知，当小灯泡的电压为U1=3V时，电流为I1=0.25A，所以L1消耗的电功率为
由图（a）可知，L2两端的电压与电流的关系为
在图（b）中做出该关系式的图线，如图所示，由图可知L2两端的电压为U2=1V，电流为
I2=0.2A，L2消耗的功率为
电阻R消耗的功率为
电路消耗的总功率
P=P1+P2+P3=0.75W+0.2W+0.4W=1.35W
16． 1A 1.5W
【解析】
将该电器元件与E=8V，r=4Ω连接，由闭合电路欧姆定律U=E-Ir，可得U=8-4r，可在图中画出直线1与U-I曲线交于（1A，4V），所以通过该元件的电流为1A；
将两个这样的元件并联接入该电源时，由闭合电路欧姆定律U=E-2Ir，可得U=8-8r，可在图中画出直线2与U-I曲线交于（0.75A，2V）则每一个元件消耗的功率为
P=IU=1.5W
17． 0.5 2.0
【解析】
【详解】
试题分析：由电源的电动势和内阻作出电源的伏安特性曲线如图所示；
则交点为灯泡的工作点，由图可知，灯泡的电压为4V，电流为0．5A，则灯泡的功率P=UI=4×0．5=2．0W
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