高中物理选修3-1课时作业12：实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线
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人教版高中物理选修3-1
1 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线
基础过关
1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
小灯泡L(“3.8 V 0.3 A”)
电压表V(量程0～5 V，内阻5 kΩ)
电流表A1(量程0～100 mA，内阻4 Ω)
电流表A2(量程0～500 mA，内阻0.4 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A)
滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω，额定电流0.5 A)
直流电源E(电动势约为6 V，内阻约为0.5 Ω)
(1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________。
(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号。
[解析] (1)本题变压器采用分压式接法， 人教版高中物理选修3-1
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通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，故滑动变阻器应选R1。电流表A1的量程太小，故电流表应选A2。
(2)电路图如图所示，由于电压要从0开始调节，滑动变阻器用分压式接法；因为灯泡的电阻比较小，电流表用外接法。
[答案] (1)R1 A2 (2)电路图见[解析]图
2.分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中。
电表 所选量程 测量值
0～15 V
0～3 V
0～3 A
0～0.6 A
[解析] 0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为11.0 V；
0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为2.20 V； 人教版高中物理选修3-1
3 0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；
0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A。
[答案] 11.0 V 2.20 V 0.80 A 0.16 A
3.一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线。现有下列器材供选择：
A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)
C.电流表(0～3 A，内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G.电源(直流6 V)、开关、导线若干
图1
(1)实验时，选用图1中________电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________。
(2)实验中所用电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选________。(用字母序号表示)
(3)把图2所示的实验器材用实线连接成实物电路图。 人教版高中物理选修3-1
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图2
[解析] 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据。因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选量程为0～5 V 的A而舍弃量程为0～15 V的B，因15 V的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D。滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去。小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的10×1038＝1
250倍，故电流表采用外接法。
[答案] (1)甲 描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据
(2)A D E (3)如图所示 人教版高中物理选修3-1
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能力提升
4.(2018·甘肃天山泰安二中期末)有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线。现有下列器材供选用：
A.电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)
C.电流表(0～3 A，内阻约1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω)
E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验中所用电压表应选________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。
(2)在虚线框内画出实验电路图，并根据所画电路图进行实物连接。 人教版高中物理选修3-1
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图3
(3)利用实验数据绘出小灯泡的伏安特性曲线如图4甲所示，分析曲线说明小灯泡电阻变化的特点：________________________________。
(4)若把电器元件Z和小灯泡接入如图乙所示的电路中时，通过Z的电流为0.22
A，已知A、B两端电压恒为2.5 V，则此时灯泡L的功率约为________W。(保留两位有效数字)
,图4)
[解析] (1)根据小灯泡的规格“4 V 2 W”可知，电压表应选A；电流I＝PU＝0.5 A，所以电流表应选D；由于描绘小灯泡伏安特性曲线实验要求电流从0调节，所以变阻器应用分压式接法，应选阻值小的变阻器E。 人教版高中物理选修3-1
7 (2)由于小灯泡电阻较小，满足RVRx>RxRA，所以电流表应用外接法，又变阻器采用分压式接法，所以电路图和实物连线图如图所示。
(3)根据I＝UR＝1RU可知，小灯泡电阻与I－U图象上各点与原点连线的斜率倒数成正比，所以小灯泡电阻随温度的升高而增大。
(4)由I－U图象可知，I＝0.22 A时对应的电压U＝1.4 V，所以小灯泡的功率P＝UI＝0.31 W。
[答案] (1)A D E (2)图见[解析] (3)小灯泡电阻随温度的升高而增大
(4)0.31
