2.10实验：测绘小灯泡伏安特性曲线-能力课时针对练习—人教版高中物理选修3-1

2.10实验：测绘小灯泡伏安特性曲线-能力课时针对练习
1．“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路如图所示，所用小灯泡的额定电压是3.8
V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是(　　)
A．系统误差主要是由电压表的分流引起的
B．系统误差主要是由电流表的分压引起的
C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的
D．系统误差主要是由读数时的估读引起的
2．图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5
V.
(1)完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_______________________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
(2)在线框中画出与实物电路相应的电路图．
3．现要用伏安法描绘一只标有“2.5
V,0.6
W”小灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：
A．电压表(0～3
V，内阻3
kΩ)
B．电流表(0～0.6
A，内阻0.5
Ω)
C．电流表(0～3
A，内阻0.1
Ω)
D．滑动变阻器(10
Ω，2
A)
E．滑动变阻器(100
Ω，1.0
A)
F．蓄电池(电动势6
V，内阻不计)
(1)实验要求多测几组数据，则滑动变阻器应选用________，电流表应选用________(均用字母序号表示)。
(2)用笔画线代替导线将图甲连接成实验所需实物电路图。
(3)通过实验测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，由图线可求得小灯泡正常工作时的电阻为________Ω(结果保留两位有效数字)。
4．在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，提供的实验器材有：
A．小灯泡(额定电压为2.0
V，额定电流约为0.5
A)
B．电源E：电动势为3.0
V，内阻不计
C．电压表V：量程为0～3
V，内阻约为1
kΩ
D．电流表A：量程为0～0.6
A，内阻约为0.6
Ω
E．滑动变阻器R1：最大阻值为15
Ω，额定电流为1.0
A
F．滑动变阻器R2：最大阻值为150
Ω，额定电流为1.0
A
G．开关S及导线若干
实验得到如下数据(I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压)：
I/A
0.00
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U/V
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
(1)实验中滑动变阻器应选用________(请填写选项前对应的序号字母)。
(2)请你不要改动已连接导线，在右面的实物连接图中把还需要连接的导线补上，闭合开关前，应使变阻器滑片放在最_________(填“左”或“右”)端。
(3)在下面的坐标系中画出小灯泡的U?I曲线。
(4)若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5
V，内阻是1.0
Ω的电池两端，则小灯泡的实际功率约为________
W(保留两位有效数字)。
5．一只小灯泡，额定功率为0.75
W，额定电压值已模糊不清。A小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3
Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝＝1.5
V。B小组同学认为A小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制灯泡的U?I图线，进而找到灯泡的额定电压。
A．电压表V(量程3
V，内阻约3
kΩ)
B．电流表A1(量程1
500
mA，内阻约0.02
Ω)
C．电流表A2(量程500
mA，内阻约0.6
Ω)
D．滑动变阻器R1(0～10
Ω)
E．滑动变阻器R2(0～100
Ω)
F．电源E(电动势4.0
V，内阻不计)
G．开关S和导线若干
H．待测灯泡L(额定功率0.75
W，额定电压未知)
(1)在实验过程中，B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，在图甲所给的虚线框中画出实验的电路原理图。上述器材中，电流表选________(选填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选________(选填“R1”或“R2”)。
(2)当电压达到1.23
V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70
V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开关，并将所测数据记录在下面表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图乙中作出灯泡的U?I图线。
(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为________
V；显然这一结果大于1.5
V，究其原因是__________________________________________________。
6．现要测定一个额定电压2.5
V、额定功率约0.7
W的小灯泡的伏安特性曲线．
(1)为了测量的电压能从零开始，测量误差较小，请在图甲中连好实物电路图．
(2)合上开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于滑动变阻器的________(填“左端”或“右端”)．
(3)根据实验数据，描绘出的U?I图象如图乙所示，由图可知，当灯泡的电压为1.80
V时，小灯丝电阻为________Ω，小灯泡的功率为________W(结果保留两位有效数字)．
(4)由图乙可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系，符合该关系的图象是图丙中的________．
7.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用的电流表内阻为几欧，电压表内阻为十几千欧。实验中得到了多组数据，通过描点连线在I?U坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。
(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路。
(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________。
(3)将被测小灯泡、定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路。电源电动势为6.0
V，内阻为1.0
Ω。若电路中的电流为0.40
A，则定值电阻R所消耗的电功率为________
W。
8．为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率，实验所使用的小灯泡规格为“3.0
V　1.8
W”，电源为12
V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10
Ω.
(1)准备使用的实物电路如图所示，请将滑动变阻器接入电路的正确位置．(用笔画线代替导线)
(2)现有10
Ω、20
Ω和50
Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
(3)测量结束后，应先断开开关，拆除______两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图11所示，请指出图象中不恰当的地方．
9．小明同学想研究一段铅笔芯的伏安特性，他连接了如图甲所示的实验电路。小亮同学认为小明的电路并不完善，他在该电路上增加了一条导线，得到了小明的认同。
(1)请你用笔画线在图甲中加上这条导线。
(2)对小亮完善后的电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于________(选填“最左端”或“最右端”)。
(3)闭合开关后，调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如表所示：
电流I/A
0
0.08
0.16
0.24
0.32
0.40
0.48
电压U/V
0
0.63
1.22
1.68
1.97
2.23
2.44
请根据表中的数据，在图乙坐标系中作出铅笔芯的伏安特性曲线。
(4)由(3)中图线可知：随着温度的升高，铅笔芯的电阻率________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
10、某实验小组设计了如图6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，内电阻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)
描绘小电珠的伏安特性曲线答案
1．“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路如图所示，所用小灯泡的额定电压是3.8
V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是(　　)
A．系统误差主要是由电压表的分流引起的
B．系统误差主要是由电流表的分压引起的
C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的
D．系统误差主要是由读数时的估读引起的
解析：选A.由于小灯泡的电阻比较小，所以采用电流表外接法，此时电压表的测量值是准确的，但是电流表的测量值和真实值相比要大，系统误差的主要原因是电压表分流，A正确．
2．图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5
V.
(1)完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_______________________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
(2)在线框中画出与实物电路相应的电路图．
解析：(1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压．
(2)与实物电路相应的电路图如图所示．
答案：(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱
②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压
(2)如解析图所示
3．现要用伏安法描绘一只标有“2.5
V,0.6
W”小灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：
A．电压表(0～3
V，内阻3
kΩ)
B．电流表(0～0.6
A，内阻0.5
Ω)
C．电流表(0～3
A，内阻0.1
Ω)
D．滑动变阻器(10
Ω，2
A)
E．滑动变阻器(100
Ω，1.0
A)
F．蓄电池(电动势6
V，内阻不计)
(1)实验要求多测几组数据，则滑动变阻器应选用________，电流表应选用________(均用字母序号表示)。
(2)用笔画线代替导线将图甲连接成实验所需实物电路图。
(3)通过实验测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，由图线可求得小灯泡正常工作时的电阻为________Ω(结果保留两位有效数字)。
解析：(1)本实验要求多测几组数据，滑动变阻器应选用分压接法，故滑动变阻器应选最大阻值较小的D；由P＝UI可得，最大电流为I＝0.24
A，电流表应选B。
(2)由(1)知，滑动变阻器采用分压接法；小灯泡电阻较小，电流表选用外接法，实物电路图如图所示。
(3)由题图乙可知，当电压为2.8
V时，电流为0.26
A，故电阻R＝＝
Ω≈11
Ω。
答案：(1)D　B　(2)见解析图　(3)11
4．在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，提供的实验器材有：
A．小灯泡(额定电压为2.0
V，额定电流约为0.5
A)
B．电源E：电动势为3.0
V，内阻不计
C．电压表V：量程为0～3
V，内阻约为1
kΩ
D．电流表A：量程为0～0.6
A，内阻约为0.6
Ω
E．滑动变阻器R1：最大阻值为15
Ω，额定电流为1.0
A
F．滑动变阻器R2：最大阻值为150
Ω，额定电流为1.0
A
G．开关S及导线若干
实验得到如下数据(I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压)：
I/A
0.00
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U/V
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
(1)实验中滑动变阻器应选用________(请填写选项前对应的序号字母)。
(2)请你不要改动已连接导线，在右面的实物连接图中把还需要连接的导线补上，闭合开关前，应使变阻器滑片放在最_________(填“左”或“右”)端。
(3)在下面的坐标系中画出小灯泡的U?I曲线。
(4)若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5
V，内阻是1.0
Ω的电池两端，则小灯泡的实际功率约为________
W(保留两位有效数字)。
解析：(1)为方便实验操作，滑动变阻器应选E。
(2)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，灯泡正常发光时电阻为R＝＝＝4
Ω，电压表内阻约为1
kΩ，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；为保护电路，闭合开关前，滑片应置于左端。
(3)根据表中实验数据在坐标系中描出对应点，然后用平滑的曲线把各点连接起来，作出灯泡的U?I图像，如图所示：
(4)在灯泡的U?I图像坐标系中作出电池的U?I图像，如图所示；由图像可知，用该电池给灯泡供电时，灯泡两端电压为1.1
V，电流为0.4
A，则灯泡实际功率P＝UI＝1.1×0.4
W＝0.44
W。
答案：(1)E　(2)图见解析　左　(3)图见解析　(4)0.44
5．一只小灯泡，额定功率为0.75
W，额定电压值已模糊不清。A小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3
Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝＝1.5
V。B小组同学认为A小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制灯泡的U?I图线，进而找到灯泡的额定电压。
A．电压表V(量程3
V，内阻约3
kΩ)
B．电流表A1(量程1
500
mA，内阻约0.02
Ω)
C．电流表A2(量程500
mA，内阻约0.6
Ω)
D．滑动变阻器R1(0～10
Ω)
E．滑动变阻器R2(0～100
Ω)
F．电源E(电动势4.0
V，内阻不计)
G．开关S和导线若干
H．待测灯泡L(额定功率0.75
W，额定电压未知)
(1)在实验过程中，B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，在图甲所给的虚线框中画出实验的电路原理图。上述器材中，电流表选________(选填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选________(选填“R1”或“R2”)。
(2)当电压达到1.23
V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70
V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开关，并将所测数据记录在下面表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图乙中作出灯泡的U?I图线。
(3)由图像得出该灯泡的额定电压应为________
V；显然这一结果大于1.5
V，究其原因是__________________________________________________。
解析：(1)题目表格中电流最大310
mA，考虑测量的精确度，故电流表选择A2；要描绘小灯泡的U?I图像，电压要从零开始连续调节，故滑动变阻器用分压式接法，故选择小量程的变阻器方便操作，故变阻器选择R2；电路如图1所示。
(2)小灯泡的U?I图像如图2所示。
(3)小灯泡的功率为0.75
W；当电压为2.5
V时，电流为0.3
A，此时电功率为：P＝UI＝2.5×0.3
W＝0.75
W，恰好等于额定功率，故额定电压为2.5
V；显然这一结果大于1.5
V，究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而升高。
答案：(1)见解析图　A2　R1　(2)见解析图(3)2.5(2.4～2.6均可)　灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)
6．现要测定一个额定电压2.5
V、额定功率约0.7
W的小灯泡的伏安特性曲线．
(1)为了测量的电压能从零开始，测量误差较小，请在图甲中连好实物电路图．
(2)合上开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于滑动变阻器的________(填“左端”或“右端”)．
(3)根据实验数据，描绘出的U?I图象如图乙所示，由图可知，当灯泡的电压为1.80
V时，小灯丝电阻为________Ω，小灯泡的功率为________W(结果保留两位有效数字)．
(4)由图乙可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系，符合该关系的图象是图丙中的________．
解析：(1)实物电路图如图所示．
(2)为了让测量电路中电压从零开始调节，则滑片开始时应滑到最左端．
(3)由图可知，当电压为1.8
V时，电流为0.25
A，则电阻R＝＝
Ω＝7.2
Ω；功率P＝UI＝1.8×0.25
W＝0.45
W.
(4)由功率公式P＝可知，功率与电压的图象应为D.
答案：(1)见解析　(2)左端　(3)7.2　0.45　(4)D
7.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用的电流表内阻为几欧，电压表内阻为十几千欧。实验中得到了多组数据，通过描点连线在I?U坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。
(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路。
(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________。
(3)将被测小灯泡、定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路。电源电动势为6.0
V，内阻为1.0
Ω。若电路中的电流为0.40
A，则定值电阻R所消耗的电功率为________
W。
解析：(1)实验时，由题图甲可知电压、电流从零开始可调，所以滑动变阻器采用分压式接法，又由于灯泡的电阻与电流表阻值相差不大，与电压表内阻相差较大，所以电流表采用外接法，电路原理图、实物图如图所示。
(2)小灯泡的电阻随温度升高而增大，由功率P＝I2R，P?I2图像的斜率逐渐增大，C错误，D正确；由P＝，P?U2图像的斜率逐渐减小，A、B错误。
(3)当电路中的电流I＝0.40
A，由图像可得小灯泡两端的电压U＝4
V，定值电阻R两端的电压U1＝E－U－Ir＝1.6
V，所消耗的电功率P＝U1I＝0.64
W。
答案：(1)见解析图　(2)D　(3)0.64
8．为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率，实验所使用的小灯泡规格为“3.0
V　1.8
W”，电源为12
V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10
Ω.
(1)准备使用的实物电路如图11所示，请将滑动变阻器接入电路的正确位置．(用笔画线代替导线)
(2)现有10
Ω、20
Ω和50
Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
(3)测量结束后，应先断开开关，拆除______两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图11所示，请指出图象中不恰当的地方．
答案　(1)如图所示
(2)10　(3)电池　(4)图线不应画为直线；横坐标的标度选择不合适．
解析　(1)由于电压调节范围大，因此滑动变阻器用分压式接法；由于小灯泡的额定电流I＝＝0.6
A，因此电流表选用0.6
A的量程．
(2)电路中定值电阻起保护作用，电池的电动势为12
V，小灯泡的内阻为R＝＝
Ω＝5
Ω，因此小灯泡和滑动变阻器并联后的最大电阻为
Ω＝
Ω，要使小灯泡两端的电压能达到3
V，由＝可知，R1不能超过10
Ω，所以R1选10
Ω.
(3)测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，防止电池出现短路以致被烧毁．
(4)由P＝U2知，图象的斜率是变化的，因此图线应是一条曲线．画图线取标度时，应使点尽可能分布在整个坐标纸上，显然该同学的横坐标的标度选择不合适．
9．小明同学想研究一段铅笔芯的伏安特性，他连接了如图甲所示的实验电路。小亮同学认为小明的电路并不完善，他在该电路上增加了一条导线，得到了小明的认同。
(1)请你用笔画线在图甲中加上这条导线。
(2)对小亮完善后的电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于________(选填“最左端”或“最右端”)。
(3)闭合开关后，调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如表所示：
电流I/A
0
0.08
0.16
0.24
0.32
0.40
0.48
电压U/V
0
0.63
1.22
1.68
1.97
2.23
2.44
请根据表中的数据，在图乙坐标系中作出铅笔芯的伏安特性曲线。
(4)由(3)中图线可知：随着温度的升高，铅笔芯的电阻率________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：(1)完善电路如图1(只需增加导线1或2)。
(2)完善后的电路滑动变阻器采用了分压接法，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应先置于最左端。
(3)伏安特性曲线如图2。
(4)由(3)中图线可知：随着温度的升高，图线上各点与原点连线的斜率变大，根据R＝＝可知，铅笔芯的电阻变小，电阻率减小。
答案：(1)见解析图1　(2)最左端　(3)见解析图2　(4)减小
10、某实验小组设计了如图6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．
　
图6
(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，内电阻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)
答案　(1)a　(2)U2＝U1＋I(R＋RA)　(3)6.0
5．0(4.8～5.2均可)　(4)0.46(0.44～0.48均可)
解析　(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，所以采用电流表采用外接法，故导线c应接在a点；
(2)路端电压U2等于外部各部分上的电压之和，则根据串、并联电路规律可知外电压U2＝U1＋I(R＋RA)
(3)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r＝
Ω＝5.0
Ω.
(4)等效电源内阻r0＝4.0
Ω＋5.0
Ω＋8.5
Ω＝17.5
Ω；
在题图乙中作等效电源的I－U图象，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为P＝2.1×0.22
W≈0.46
W.