高考物理人教版一轮复习专题训练第35讲：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验

一轮复习专题训练第35讲：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验类型一、实验原理与器材的选取1．要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．已选用的器材有：电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)；电流表(量程为0～250mA，内阻约5Ω)；电压表(量程为0～3V，内阻约3kΩ)；电键一个、导线若干．(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)．A．滑动变阻器(最大阻值20Ω，额定电流1A)B．滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)(2)请将设计的实验电路图画入下面的方框中．(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示．现将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，由此得到小灯泡消耗的功率是________W．2．某同学从实验室中找到一只小灯泡，其额定电压值为2.5V，额定功率值已模糊不清，他想测定其额定功率值，于是先用欧姆表直接测出该小灯泡的电阻约为4Ω，然后再利用实验室相关器材设计一个电路，测量通过小灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制小灯泡的U­I图线，进而计算出小灯泡的额定功率．(1)实验要求灯泡两端电压从零开始变化，则滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)．A．滑动变阻器(最大阻值20Ω，额定电流1A)B．滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)(2)该同学已连接如图甲所示的电路，在连接由滑动变阻器的c端到电压表“＋3”接线柱的最后一根导线之前，请指出其中仅有的两个不当之处，并说明如何改正．①________________________________________________________________________②________________________________________________________________________(3)改正错误后，该同学某次测量，电流表指针偏转情况如图乙所示，则电流表的示数为______A；该同学多次测量记录有关数据并描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线求得该小灯泡的额定功率为______W.3．某实验小组要精确测定额定电压为2.5V的LED灯正常工作时的电阻．已知该灯正常工作时的电阻约为500Ω，电路符号与小灯泡相同．实验室提供的器材有：A．电流表A1(量程为0～10mA，内阻RA1约为3Ω，示数用I1表示)B．电流表A2(量程为0～3mA，内阻RA2＝15Ω，示数用I2表示)C．定值电阻R1＝697ΩD．定值电阻R2＝985ΩE．滑动变阻器R(0～20Ω)F．电压表V(量程为0～12V，内阻RV＝1kΩ，示数用U表示)G．蓄电池(电动势为12V，内阻很小)H．开关一个，导线若干(1)如图甲所示，请选择合适的器材，电表1为________，电表2为________，定值电阻为________．(填写器材前的字母编号)(2)将如图乙所示的电路图补充完整．(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx＝________.(用相应字母表示)4．现要用伏安法描绘一只标值为“2.5V，0.6W”小灯泡的I­U图线，有下列器材供选用：A．电压表(0～3V，内阻3kΩ；0～15V，内阻10kΩ)B．电流表(0～0.6A，内阻0.5Ω；0～3A，内阻0.1Ω)C．滑动变阻器(10Ω，2A)D．滑动变阻器(100Ω，1.0A)E．蓄电池(电动势6V，内阻不计)(1)为了减小测量误差，图甲中的S1应接________(填“M”或“N”)，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)．(2)根据你选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图．类型二、实验操作和数据处理5．如图甲所示，为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的伏安特性曲线的实验电路图．(1)根据如图甲所示电路图，用笔画线代替导线，将如图乙所示的实物图连接完整．(2)开关S闭合之前，图甲中滑动变阻器的滑片应该置于________端．(选填“A”“B”或“AB中间”)(3)实验中测得有关数据如下表：根据表中的实验数据，在下图中画出小灯泡的I­U特性曲线(用横坐标表示U).U/V0.400.801.201.602.002.402.80I/A0.100.160.200.230.250.260.27(4)根据你描绘的I­U特性曲线，可求得灯泡的额定功率为________W.6．硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件．某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性．图中电压表V1量程选用3V，内阻为6.0kΩ；电压表V2量程选用15V，内阻约为30kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12V，内阻不计．(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路．(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2．①某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝________V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA．(结果保留两位小数)②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“－”表示反向)，并在坐标纸上建立Ix­Ux坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点．请你标出余下的4个坐标点，并绘出Ix­Ux图线．③由Ix­Ux图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成______(填“线性”或“非线性”)关系．7．在探究小灯泡的伏安特性曲线时，所用小灯泡上标有“2.5V，0.6W”字样，实验室提供的器材有：A．电流表A1(内阻约为5Ω、量程为0～25mA)B．电流表A2(内阻约为1Ω，量程为0～300mA)C．电压表V1(内阻约为5kΩ、量程为0～3V)D．电压表V2(内阻约为15kΩ、量程为0～15V)E．滑动变阻器R1(最大阻值为10Ω、额定电流为0.6A)F．滑动变阻器R2(最大阻值为1000Ω、额定电流为0.2A)G．稳压电源E(电动势为9.0V、内阻可忽略)H．开关一个、定值电阻若干、导线若干由以上信息回答下列问题：(1)实验前设计的电路图如图甲所示．为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为________(选填器材前的字母)．为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为________(选填“1Ω”“10Ω”“30Ω”或“100Ω”)．(2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后，在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来．(3)连接好电路后，通过改变滑动变阻器的滑片位置，并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示．若将两个这样的小灯泡并联后直接接在电动势E＝3V、内电阻r＝5Ω的电源上，每个小灯泡所消耗的实际功率为________W．(结果保留两位有效数字)8．在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，A、B、C三位学生用导线按如图甲所示方式连接好电路，电路中所有元件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：(1)A学生发现电压表示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，这是由于导线________断路；(2)B学生发现电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，这是由于导线________断路；(3)C学生发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数都不能调为零，这是由于导线________断路；(4)电路检查完备后，用正确的电路测得小灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，如图乙所示．现将它与19Ω的定值电阻R串联，接在电动势为8V内阻为1Ω的电源上，则小灯泡的实际功率是________W.类型三、实验改进与创新本实验的创新改进之处主要集中在三点：1．数据处理方式的改进：采取“DIS”数字化实验系统进行数据的采集和处理．2．被测元件的变更：探究其他元件的伏安特性．3．实验目的变更：如探究元件的电阻随温度变化的规律．9．为测绘一个标有“4V2.4W”小电风扇(线圈电阻恒定)的伏安特性曲线，电风扇两端的电压需要从零逐渐增加到4V，便于操作，实验室备有下列器材：A．电池组(电动势为4.5V，内阻约为1Ω)B．电压表V(量程为0～6V，内阻约为4kΩ)C．电流表A1(量程为0～0.6A，内阻约为0.2Ω)D．电流表A2(量程为0～3A，内阻约为0.05Ω)E．滑动变阻器R1(最大阻值5Ω，额定电流1A)F．滑动变阻器R2(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)G．开关和导线若干(1)实验中所用的电流表应选________(选填“C”或“D”)，滑动变阻器应选________．(选填“E”或“F”)(2)在方框内画出实验电路图．(3)当电压表示数大于0.5V时电风扇才开始转动，小电风扇的伏安特性曲线如图所示，则电风扇的电阻为________Ω，正常工作时的机械功率为________W.10．发光二极管(LED)是一种节能、环保的元器件，被广泛应用到显示器、照明等各领域．某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4V”、正向直流电流是“5～20mA”的LED管的I­U曲线，设计了如图1所示的实验电路．实验室备有以下器材：电流表A1：量程0～50mA，内阻约为50Ω电流表A2：量程0～200mA，内阻约为10Ω电压表V：量程0～5V，内阻约为10kΩ滑动变阻器R1：阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A滑动变阻器R2：阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA直流电源E：输出电压6V，内阻不计开关(S)、导线若干(1)为了提高实验结果的准确性，电流表应选择______；滑动变阻器应选用________．(以上填器材代号)(2)实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图2所示的I­U图象，而发光二极管(LED)的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图3所示．其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率Φ与供给发光二极管的电功率比值．则发光二极管效率达最大时其电阻RL＝________Ω，辐射的光功率Φ＝________W．11．太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I­U特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．(1)为了达到上述目的，请将图甲连成一个完整的实验电路图．(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I­U图象，由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω．12．在一次探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，所用的器材有：灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、开关S和导线若干．(1)若要求小灯泡两端的电压从零开始变化，则应选择下列电路中的哪一个进行测量（）(2)(多选)A同学利用所选择的电路图，采用正确的测量方法，得到了所测灯泡L的伏安特性曲线如图所示，P为曲线上的一点，PN为图线上P点的切线，则下列说法正确的是（）A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小C．对应P点，小灯泡的电阻约为5.33ΩD．对应P点，小灯泡的电阻约为16Ω(3)B同学利用所选择的电路采用正确的方法，分别测出了两只灯泡L1和L2的U­I图象如图甲中曲线所示．然后将灯泡L1和L2与电池组(电动势和内阻恒定)连成如图乙所示的电路．将开关与灯泡L1接通时，理想电流表的示数为0.3A；开关与灯泡L2接通时，理想电流表的示数为0.6A．该同学利用理想电流表的示数，结合灯泡L1和L2的U­I图象，得出该电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(结果保留两位有效数字)13．某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表(量程3V，内阻3kΩ)；电流表(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．图(a)图(b)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”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)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，最大功率为________W．(结果均保留两位