（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗七 描繪小燈泡的伏安特性曲線講義（含解析）

（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗七 描繪小燈泡的伏安特性曲線講義（含解析）一、實驗?zāi)康?描繪小燈泡的伏安特性曲線。2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律。二、實驗器材小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開關(guān)、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆。突破點(一)實驗原理與電路設(shè)計例1要描繪一個標(biāo)有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作。已選用的器材有：電池組(電動勢4.5 V，內(nèi)阻約1 )；電流表(量程為0250 mA，內(nèi)阻約5 )；電壓表(量程為03 V，內(nèi)阻約3 k)；開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。(1)實驗中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的_(填儀器前的字母)。A滑動變阻器(最大阻值20 ，額定電流1 A)B滑動變阻器(最大阻值1 750 ，額定電流0.3 A)(2)實驗的電路圖應(yīng)選用下列的圖_。(3)根據(jù)你所選擇的電路圖分析，在閉合開關(guān)之前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到最_(填“左”或“右”)端；閉合開關(guān)，移動滑片，使電表的示數(shù)逐漸_(填“增大”或“減小”)。依次記錄電流及相應(yīng)的電壓。答案(1)A(2)B(3)左增大由題引知·要點謹(jǐn)記1考查滑動變阻器的選擇對應(yīng)第(1)題在分壓式接法中，為便于調(diào)節(jié)，滑動變阻器應(yīng)選用阻值小，額定電流較大的。2考查滑動變阻器的分壓式與限流式接法的判斷對應(yīng)第(2)題(1)兩種接法的適用情形限流式接法適合測量阻值小的電阻。分壓式接法適合測量阻值較大的電阻。(2)兩種接法的選擇若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，即若滑動變阻器阻值調(diào)到最大時，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法。若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時，應(yīng)改用分壓電路。若實驗中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式電路。兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低。3考查電流表內(nèi)、外接法的選擇對應(yīng)第(2)題根據(jù)Rx<知，應(yīng)該選擇電流表外接法。4考查實驗操作對應(yīng)第(3)題(1)為保證電表的安全，在閉合開關(guān)時，應(yīng)使電表的示數(shù)為零。(2)實驗中應(yīng)緩慢移動滑動變阻器的滑片，且使電表的示數(shù)由零逐漸增大。(3)實驗結(jié)束后，斷開開關(guān)，應(yīng)先拆除電源兩端的導(dǎo)線，以防止電源短路。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·無錫四校聯(lián)考)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，現(xiàn)除了有一個標(biāo)有“5 V,2.5 W”的小燈泡，導(dǎo)線和開關(guān)外，還有下列器材：A直流電源(電動勢約為5 V，內(nèi)阻可不計)B直流電流表(量程03 A，內(nèi)阻約為0.1 )C直流電流表(量程0600 mA，內(nèi)阻約為5 )D直流電壓表(量程015 V，內(nèi)阻約為15 k)E直流電壓表(量程05 V，內(nèi)阻約為10 k)F滑動變阻器(最大阻值10 ，允許通過的最大電流為2 A)G滑動變阻器(最大阻值1 k，允許通過的最大電流為0.5 A)(1)實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能測多組數(shù)據(jù)，實驗中電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(均填相應(yīng)器材前的字母)。(2)請按要求在框線中畫出電路圖，并將圖中所示的器材連成實驗電路。解析：(1)燈泡的額定電流為I A0.5 A，故電流表選擇C；燈泡的額定電壓為5 V，故電壓表選擇E；因本實驗采用分壓接法，故滑動變阻器選擇小電阻F。(2)由題意可知，本實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能測多組數(shù)據(jù)，故應(yīng)采用分壓接法；電流表內(nèi)阻接近燈泡內(nèi)阻，為了減小電流表內(nèi)阻的影響，電流表采用外接法，電路如圖甲所示：器材連成實驗電路如圖乙所示。答案：(1)CEF(2)見解析圖甲(3)見解析圖乙2(2018·鹽城期末)為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實驗室可供選擇的器材如下：A待測小燈泡(2.5 V400 mA)B電流表(00.6 A內(nèi)阻約0.5 )C電壓表(03 V內(nèi)阻約5 k)D滑動變阻器R1(0500 2 A)E滑動變阻器R2(05 1.5 A)F滑動變阻器R3(050 1.5 A)G直流電源E(約3 V內(nèi)阻不計)H開關(guān)S，導(dǎo)線若干請回答以下問題。(1)待測小燈泡正常工作時消耗電功率是_W。(2)按圖甲所示，實驗前滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于_端(選填“a”或“b”)。(3)按圖甲所示的電路，電壓表應(yīng)接在_端(選填“cd”或“ce”)；滑動變阻器選用的是_(選填“R1”“R2”或“R3”)。(4)閉合開關(guān)S，滑動變阻器滑片P從a端向b端移動過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)始終大于1.5 V，則電路中出現(xiàn)的故障位置可能是_處(選填“a”“b”“d”或“e”)。(5)排除故障后，測量出多組數(shù)據(jù)。電壓表的示數(shù)U為橫軸，電流表的示數(shù)I為縱軸，描點作出小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，分析圖像可知燈絲電阻隨溫度的升高而_(選填“減小”或“增大”)。解析：(1)小燈泡的額定電壓為2.5 V，額定電流為400 mA，正常工作時消耗電功率PUI2.5×0.4 W1.0 W。(2)實驗前小燈泡上的電壓要盡可能的小，滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于a端。(3)正常工作時，小燈泡的電阻約為R 6.25 ，遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，所以采用電流表外接法，電壓表應(yīng)接在cd之間；為描繪小燈泡的伏安特性曲線，要求進(jìn)行多次測量，滑動變阻器采用分壓接法，選擇小電阻，即選R2。(4)實驗中，滑動變阻器滑動觸頭P在ab間移動時，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓始終大于1.5 V，即滑動變阻器沒有采用分壓式接法。則電路中出現(xiàn)的故障可能是a處斷路，即滑動變阻器變成了限流式接法。(5)分析圖像可知，電流越大，電阻越大，則可知燈絲電阻隨溫度的升高而增大。答案：(1)1.0(2)a(3)cdR2(4)a(5)增大3在做研究小燈泡的伏安特性實驗時，所用器材有：電動勢為6 V的電源，額定電壓為2.5 V 的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電表、開關(guān)和導(dǎo)線。要求能測出盡可能多組數(shù)據(jù)，如圖甲是沒有連接完的實物電路。(已連接好的導(dǎo)線有a、b、c、d、e、f六根)(1)請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將實物電路連接完整。(2)閉合開關(guān)，移動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2 V，若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向_端滑動(選填“左”或“右”)。(3)圖乙中U­I圖線是曲線而不是過原點的直線，原因是_。解析：(1)要“描繪小燈泡的伏安特性曲線”，電壓要從0開始連續(xù)可調(diào)，故滑動變阻器要采用分壓接法，由于小燈泡為小電阻，故電流表要采用外接法；因燈泡電壓為2.5 V，故電壓表量程為3 V；實物圖連接如圖所示。(2)小燈泡的額定電壓為2.5 V，而此時電壓表的示數(shù)為2.2 V，故要增大小燈泡兩端的電壓，則應(yīng)該增大滑片P和左端之間的電阻，故應(yīng)將滑片P向右端滑動。(3)該曲線的斜率kR，故斜率大小代表小燈泡電阻的大小，由于電壓越大，燈泡的實際功率越大，即燈絲的溫度越高，電阻越大，即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大。答案：(1)見解析圖(2)右(3)燈絲的電阻會隨溫度的升高而增大突破點(二)器材選取與數(shù)據(jù)處理例2有一個小燈泡上有“4 V2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的I­U圖線。現(xiàn)有下列器材供選用：A電壓表(05 V，內(nèi)阻約10 k)B電壓表(015 V，內(nèi)阻約20 k)C電流表(03 A，內(nèi)阻約1 )D電流表(00.6 A，內(nèi)阻約0.4 )E滑動變阻器(最大阻值10 ，額定電流2 A)F滑動變阻器(最大阻值500 ，額定電流1 A)G學(xué)生電源(直流6 V)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實驗中所用電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_。(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖。(3)利用實驗數(shù)據(jù)繪出小燈泡的I­U圖線如圖所示，分析圖線說明小燈泡電阻變化的特點：_。(4)實驗誤差主要是_表的讀數(shù)與小燈泡的真實值不同，導(dǎo)致被測電阻R測_R真(選填“>”“”或“<”)，該誤差屬于_(選填“系統(tǒng)”“偶然”)誤差。答案(1)ADE(2)如圖所示(3)隨著燈泡兩端電壓的增大，燈泡的電阻逐漸增大(4)電流<系統(tǒng)由題引知·要點謹(jǐn)記 1.考查實驗器材的選擇(1)電壓表的選擇根據(jù)用電器的額定電壓來選擇。對應(yīng)第(1)題第1空(2)電流表的選擇根據(jù)用電器的額定電流來選擇。對應(yīng)第(1)題第2空(3)滑動變阻器的選擇在分壓式接法中，滑動變阻器選阻值小、額定電流大的。對應(yīng)第(1)題第3空2.考查數(shù)據(jù)處理和識圖能力對應(yīng)第(3)題(1)根據(jù)數(shù)據(jù)描出的點，若不在一條直線上，則應(yīng)用平滑的曲線進(jìn)行連接，不能用直線或折線連接。(2)應(yīng)使圖線穿過盡可能多的點。(3)根據(jù)圖線斜率的物理意義去分析判斷。集訓(xùn)沖關(guān)4(2018·南通模擬)為描繪一只標(biāo)有“2.5 V0.75 W”字樣的小燈泡的伏安特性曲線，實驗室提供了如下實驗器材：電壓表V(量程為03 V，內(nèi)阻約5 k)電流表A1(量程為00.6 A，內(nèi)阻約1 )電流表A2(量程為03 A，內(nèi)阻約10 )滑動變阻器R1(010 )滑動變阻器R2(0100 )干電池兩節(jié)，開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)為了使測量的準(zhǔn)確度較高，調(diào)節(jié)方便，實驗中應(yīng)選用電流表_，滑動變阻器_；(2)在圖甲所示虛線內(nèi)畫出實驗電路圖；(3)連接電路，閉合開關(guān)，移動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表幾乎不偏轉(zhuǎn)，則故障的原因可能是_；(4)排除故障后，正確操作得到多組U、I數(shù)據(jù)，利用Excel軟件描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，設(shè)小燈泡正常發(fā)光的電阻為RA，小燈泡發(fā)光較暗時的電阻為RB，根據(jù)圖像可以判斷RA_(選填“大于”“等于”或“小于”)RB。解析：(1)燈泡額定電流為0.3 A，但如果采用3 A量程誤差過大，因此只能采用0.6 A量程的A1，本實驗中采用滑動變阻器分壓接法，因此應(yīng)采用總阻值較小的滑動變阻器R1。(2)本實驗中應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法，同時電流表應(yīng)采用外接法，如圖所示。(3)閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，說明電路斷路。電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦?，則電路故障的原因可能是燈泡斷路。(4)I­U圖像中圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，則由題圖乙可知，正常發(fā)光時的斜率較小，故說明正常發(fā)光時的電阻大于較暗時的電阻。答案：(1)A1R1(2)見解析圖(3)小燈泡斷路(4)大于5(2019·徐州檢測)描繪“2.8 V,0.8 W”燈泡的I­U圖線。下列供選用的器材有：A電壓表V(03 V，內(nèi)阻約6 k)；B電流表A1(03 A，內(nèi)阻約0.1 )；C電流表A2(00.6 A，內(nèi)阻約0.5 )；D滑動變阻器R1(010 ，2 A)；E滑動變阻器R2(0200 ，0.5 A)；F蓄電池E(電動勢4 V，內(nèi)阻不計)。(1)電流表選_，滑動變阻器選_(用器材的代號表示)。(2)現(xiàn)已完成實驗電路部分導(dǎo)線的連接，如圖甲所示。請用筆畫線代替導(dǎo)線完成余下導(dǎo)線的連接。(3)在圖乙坐標(biāo)紙上根據(jù)數(shù)據(jù)點繪出I­U圖線。(4)將此燈泡與蓄電池E、滑動變阻器連接，滑動變阻器阻值調(diào)為_時，燈泡正常發(fā)光。解析：(1)由PUI可得，電流為I0.29 A，故電流表應(yīng)選C；本實驗中應(yīng)選用分壓式接法，故滑動變阻器應(yīng)選小電阻，故滑動變阻器選D。(2)由于R9.8 ，則有R2RVRA，所以電流表采用外接法，由于要描繪小燈泡的I­U圖線，滑動變阻器采用分壓式接法，電路圖如圖1所示。(3)在坐標(biāo)紙上用平滑曲線連接各點，繪出I­U圖線如圖2所示。(4)燈泡正常發(fā)光時，電壓為UL2.8 V，I0.28 A，可得滑動變阻器阻值調(diào)為R 4.3 。答案：(1)CD(2)見解析圖1(3)見解析圖2(4)4.3突破點(三)實驗的改進(jìn)和創(chuàng)新例3某同學(xué)利用如圖所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電池E(內(nèi)阻很小)、開關(guān)S1和S2、電容器C(約100 F)、電阻R1(約200 k)、電阻R2(1 k)、電壓表V(量程6 V)、秒表、導(dǎo)線若干。(1)按圖甲所示的電路原理將圖乙中實物圖連線。(2)先閉合開關(guān)S2，再斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖丙所示，電壓表的讀數(shù)為V(保留兩位小數(shù))。(3)該同學(xué)每隔10 s記錄一次電壓表的讀數(shù)U，記錄的數(shù)據(jù)如表所示。在給出的坐標(biāo)紙上繪出U­t圖線，已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大，該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的表中的時間是s。時間t/s10.020.030.040.050.060.0電壓U/V2.143.454.234.515.005.18(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是_。由題引知·要點謹(jǐn)記2.實驗器材的創(chuàng)新對應(yīng)第(3)題(1)本實驗用到了秒表，這在整個高中的物理實驗中都是很少見的；由電學(xué)實驗中使用更是第一次在高考中出現(xiàn)。(2)應(yīng)對措施：掌握秒表及其他讀數(shù)儀器的讀數(shù)規(guī)則，強化讀數(shù)方面的訓(xùn)練。3.還可以從以下角度創(chuàng)新將電壓表改成電壓傳感器直接連接電腦，繪出U­t圖像，可以減少因電表和秒表讀數(shù)及作圖帶來的誤差。解析(1)根據(jù)電路圖，實物圖連線如圖所示。(2)電壓表的量程為6 V，分度值為0.1 V，所以讀數(shù)為3.60 V。(3)先描點，然后用圓滑的曲線將所描的點連接起來，如圖所示。從數(shù)據(jù)中可得出，電壓表示數(shù)變化得越來越慢，而從40 s到50 s之間數(shù)據(jù)變化又突然快了，所以該數(shù)據(jù)對應(yīng)表中的時間為40 s。(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路，先閉合開關(guān)S2，再斷開開關(guān)S2，使電容器上所帶電荷量釋放干凈，不影響實驗。答案(1)見解析圖(2)3.60 V(3)圖像見解析圖40 s(4)使每次實驗前電容器兩極板上的電荷相中和集訓(xùn)沖關(guān)6(2019·南通一模)在描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中，提供下列器材：A小燈泡(3 V,0.6 W)B電壓表(03 V，內(nèi)阻約3 k)C電壓表(015 V，內(nèi)阻約15 k)D電流表(0250 mA，內(nèi)阻約1 )E電流表(00.6 A，內(nèi)阻約0.4 )F滑動變阻器(10 ，2 A)G滑動變阻器(1 k，0.5 A)H電池組(電動勢6 V)I開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實驗時電壓表應(yīng)選用_，電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(用序號字母表示)。(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將實物電路圖甲連接完整。(3)實驗中記錄多組電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I，如下表所示，請在圖乙中畫出I­U圖像。編號12345678U/V0.200.601.001.401.802.202.603.00I/A0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205(4)如果將這個小燈泡接到電動勢為3 V，內(nèi)阻為5 的電源兩端，小燈泡消耗的功率是_W(保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)燈泡額定電壓為3 V，電壓表應(yīng)選擇B；由表中實驗數(shù)據(jù)可知，最大電流為0.205 A，電流表應(yīng)選擇D；為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選擇F。(2)由實驗數(shù)據(jù)可知，最小電流為0.02 A，滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法，由于電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，實物電路圖如圖1所示。(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點，然后根據(jù)描出的點作出圖像如圖2所示。(4)在燈泡I­U坐標(biāo)系內(nèi)作出電源的I­U圖像如圖2所示，由圖示圖像可知，燈泡兩端電壓：U2.08 V，電流：I0.185 A，燈泡實際功率：PUI2.08×0.185 W0.38 W。答案：(1)BDF(2)見解析圖1(3)見解析圖2(4)0.387有一只標(biāo)識為“2.5 V,0.5 A”的小燈泡，小華想測定其伏安特性曲線，實驗室所供選擇的器材除了導(dǎo)線和開關(guān)外，還有以下一些器材可供選擇：編號 器材名稱 規(guī)格與參數(shù)A 電源E 電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計B 電流表A1 量程010 mA，內(nèi)阻200 C 電流表A2 量程0600 mA，內(nèi)阻2 D 電阻箱R 阻值999.99 E 滑動變阻器R1 最大阻值10 F 滑動變阻器R2 最大阻值2 k(1)為了達(dá)到實驗?zāi)康男枰M裝一個量程為3.0 V的電壓表，那么電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)到_ ；(2)為了減小實驗誤差，實驗中滑動變阻器應(yīng)選擇_(選填器材前面的編號)；(3)請幫助小華設(shè)計一個電路，要求使誤差盡量小，并將電路圖畫在圖1虛線框內(nèi)；(4)小華在實驗中用電流表和改裝后的電壓表測得數(shù)據(jù)并記錄在下表中，請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在圖2方格紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線；電壓U/V00.51.01.52.02.5電流I/A00.170.300.390.450.49(5)將一個電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為3 的電源直接接在該小燈泡的兩端，則該小燈泡的實際功率為_ W(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。解析：(1)由題意可知，本實驗應(yīng)采用伏安法測量小燈泡的伏安特性曲線，由表中數(shù)據(jù)可知，電流大小最大約為0.49 A，因此電流表應(yīng)采用A2，故只能采用A1與電阻箱串聯(lián)的方式進(jìn)行改裝，由串并聯(lián)電路規(guī)律可知，R 200 100 ；(2)由于本實驗采用滑動變阻器分壓接法，所以只能選用總阻值較小的R1；(3)本實驗應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法，由于電流表內(nèi)阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法，故原理圖如圖所示；(4)根據(jù)描點法可得出對應(yīng)的伏安特性曲線如圖所示；(5)在燈泡伏安特性曲線中作出電源的伏安特性曲線，兩圖的交點表示燈泡的工作點，由圖可知，電壓U0.8 V，電流I0.24 A，則功率PUI0.8×0.24 W0.2 W。答案：(1)100(2)E(3)見解析圖(4)見解析圖(5)0.2