描绘小灯泡伏安特性曲线

实验十、十一1．(6分)(2010·天津理综)为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U－I图象应是()【解析】本题考查了学生实验——描绘小灯泡的伏安特性曲线，意在考查考生对实验数据的分析处理能力．由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，随着灯泡两端电压逐渐增大，灯丝温度升高，其电阻逐渐增大，则在U－I图象中斜率应逐渐增大，故C正确．【答案】 C2．(6分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”时，采用如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是()A．小灯泡中灯丝已烧断B．滑片接触不良C．灯泡内部短路D．滑动变阻器A端接触不良【答案】 C3．(6分)某同学用两种导电元件分别研究它们的导电性质，他根据实验中所测的数据，分别绘测了I－U图线，如图所示，下列判断正确的是()A．只有图甲正确B．只有图乙正确C．图甲、乙都可能正确D．图甲、乙都一定不正确【解析】甲图说明该导电元件随着温度的升高电阻不发生变化，热稳定性好，这是可能的．乙图的斜率越来越小，说明该导电元件的电阻随着温度的升高电阻越来越大，这也是可能的．【答案】 C4．(6分)加在一个标有“220V 60W ”字样的白炽灯泡两端的电压U 由零逐渐增大到220V ，在此过程中，电压U 和电流I 的关系可用图象表示．在下列四个图象中，可能符合实际情况的是 ( )【答案】 B5．(6分)现要测定一个额定电压4V 、额定功率1.6W 的小灯泡(图中用⊗表示)的伏安特性曲线．要求所测电压范围为0.1V ～4V .现有器材：直流电源E (电动势4.5V ，内阻不计)，电压表V(量程4.5V ，内阻约为4×104Ω)，电流表A 1(量程250mA ，内阻约为2Ω)，电流表A 2(量程500mA ，内阻值约为1Ω)，滑动变阻器R (最大阻值约为30Ω)，电键S ，导线若干．如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是________，下面两个电路应该选用的是______．【解析】 本题考查用电流表和电压表测小灯泡电阻的实验方法，并考查学生分析实验，根据实验要求确定电流表的内、外接法及滑动变阻器的两种接法．由P ＝U 2R 得R 灯＝421.6Ω＝10Ω， I m ＝4.510A ＝0.45A ＝450mA ，所以选A 2. 根据电流表、电压表内阻及小灯泡电阻之间的关系，R 灯＝10Ω<R V ·R A ＝200Ω，应选用电流表外接法，故选甲电路．【答案】 A 2 甲6．(10分)(2009·高考江苏卷)有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L 和两底面直径d 、D 有关．他进行了如下实验：(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d 、D 和长度L .图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L ＝__________cm.(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出)，该合金棒的电阻约为几个欧姆．图中有一处连接不当的导线是__________．(用标注在导线旁的数字表示)(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R ＝6.72Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L 、直径分别为d 和D 的圆柱状合金棒的电阻分别为R d ＝13.3Ω、R D ＝3.38Ω.他发现：在误差允许范围内，电阻R 满足R 2＝R d ·R D ，由此推断该圆台状合金棒的电阻R ＝__________.(用ρ、L 、d 、D 表示)【解析】 本题主要考查游标卡尺的使用、电路图的连接、测电阻，意在考查考生对基本仪器、基本电路的掌握情况，同时考查了探究电阻与各物理量的关系．游标卡尺的读数为9.940cm ，电压表应测金属棒两端电压，导线⑥连接出现错误，根据公式可得电阻值．【答案】 (1)9.940 (2)⑥ (3)4ρL πdD7．(10分)在“测定金属的电阻率”的实验中，如提供的电源是一节内阻可不计的干电池，被测金属丝的直径小于1mm ，长度约为80cm ，阻值约为3Ω.使用的电压表有3V(内阻约为3kΩ)和15V(内阻约15kΩ)两个量程，电流表有0.6A(内阻约为0.1Ω)和3A(内阻约为0.02Ω)两个量程．供限流用的滑动变阻器有A ：0～10Ω；B ：0～100Ω；C ：0～1500Ω三种．可供选择的实验电器有如图甲、乙两种．用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示，则(1)螺旋测微器的示数是________mm.(2)为减小电阻的测量误差，应选用图中的________图所示的电路．(3)为了测量便于调节，应选用编号为________的滑动变阻器．(4)电压表的量程应选用________V.(5)电流表的量程应选用________A.【答案】 (1)0.806(0.804～0.808均可)(2)乙 (3)A (4)3 (5)0.68．(10分)(2007·高考重庆理综)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，用导线a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 和h 按如图所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：(1)若电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为________；(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为________；(3)若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为________．【解析】本题考查的是实物图连接的串并联关系，应先由实物图画出电路图，两图相互结合找到断路的导线．(1)电压表有示数，电流表无示数，一定是灯泡两端附近导线断路．若c线断，两表都无示数，h线断，电流表有示数，电压表无示数，d线断，则符合题意．(2)电压表无示数，电流表有示数，一定是电压表两端附近导线断路，d线断，电压表有示数，电流表无示数，h线断，则电流表有示数，电压表无示数．(3)调节滑动变阻器，电压表、电流表示数变但不能为零，一定是滑动变阻器由分压式接法变为限流式接法，只能是g导线断开．【答案】(1)d(2)h(3)g9．(10分)(2010·潍坊调研)某实验小组想较精确地测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻，实验室可提供下列器材A．待测线圈L(阻值约为5Ω)B．电流表A(量程为0～0.6A，内阻约为0.5Ω)C．电压表V(量程为0～3V，内阻约为6kΩ)D．变阻器R1(阻值变化范围为0～10Ω)E．变阻器R2(阻值变化范围为0～1kΩ)F．电池E(电动势约6V，内阻不计)G．两个开关S1、S2，导线若干其中有两位同学分别设计了如图甲、乙所示的电路．(1)为了使测量的数据较准确，应选________图所示的电路进行测量，滑动变阻器应该选________．(2)某同学实验步骤如下：A．按选出的电路图和实验器材，连接好实验电路；B．合上S1、S2，移动滑动变阻器的触头到适当位置，稳定后读出电流表和电压表的示数；C．移动滑动变阻器触头到不同位置，每次稳定后读出电流表、电压表的示数；D．先断开S1，再断开S2，然后拆除实验装置，整理好实验器材．上述实验过程中不妥一步是________；应改为______________________．【答案】(1)甲D(2)D先断开S2，再断开S110．(10分)(2008·临沂模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻R x约为5Ω.实验室备有下列实验器材A．电压表V1(量程3V，内阻约为15kΩ)B．电压表V2(量程15V，内阻约为75kΩ)C．电流表A1(量程3A，内阻约为0.2Ω)D．电流表A2(量程600mA，内阻约为1Ω)E．滑动变阻器R1(0～100Ω，0.3A)F．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)G．电池E(电动势为3V，内阻约为0.3Ω)H．开关S，导线若干(1)为提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有________．(2)为减小实验误差，应选用下图中________(填“甲”或“乙”)为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图用导线连接起来．(3)若用刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得导线的直径为0.635mm，两电表的示数分别如图所示，则电阻值为________Ω，电阻率为______．【答案】(1)ADEGH(2)乙实物连接如图(3)2.4 1.27×10－6Ω·m11．(10分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6V3W”，其他供选择的器材有：电压表(量程为6V，内阻为20kΩ)；电流表(量程为3A，内阻为0.2Ω)；电流表(量程为0.6A，内阻为1Ω)；变阻器R1(0～1000Ω，0.5A)；变阻器R2(0～20Ω，2A)；学生电源E(6～8V)；开关S及导线若干．实验中要求在电压表0～6V的范围内读取并记录12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，则在上述器材中，电流表应选________，变阻器应选________．在虚线框中画出此实验的电路图．【解析】 灯泡的额定电流I e ＝P U ＝36A ＝0.5A ，故电流表应选；因灯泡的电压要从零开始变化，故应采用分压电路；在满足安全的前提下，据方便操作的原则，变阻器应选R 2.【答案】 R 2 电路图如图所示【总结提升】 要掌握“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路特点，实验中描绘出的曲线反映了小灯泡的电阻随着电压的升高而增大的规律．12．(10分)(2008·高考重庆卷)某研究性学习小组设计了如图甲所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系．图甲中E 为直流电源，K 为开关，K 1单刀双掷开关，V 为电压表，A 为多量程电流表，R 为滑动变阻器，R x 为待测稀盐水溶液液柱．①实验时，闭合K 之前应将R 的滑片P 置于________(填“C ”或“D ”)端；当用电流表外接法测量R x 的阻值时，K 1应置于位置________(填“1”或“2”)．②在一定条件下，用电流表内、外接法得到R x 的电阻率随浓度变化的两条曲线如图乙所示(不计由于通电导致的化学变化)．实验中R x 的通电面积为20cm 2，长度为20cm ，用内接法测得R x 的阻值是3500Ω，则其电阻率为________Ω·m ，由图乙中对应曲线________(填“1”或“2”)可得此时溶液浓度约为________%(结果保留2位有效数字)．【解析】 ①滑动变阻器是分压作用，为保护仪表，开始滑片P 置于D 端，电流表外接法测R x 阻值时，K 1应置于1位置．②由R x ＝ρL S 得，ρ＝R x S L ＝3500×20×10－420×10－2Ω·m ＝35Ω·m因为R x ＝3500Ω，根据常识知，这一阻值远大于电流表内阻，而与电压表内阻较接近，所以选用电流表内接法误差较小，测量较准确，曲线1对应的较准确，所以曲线1对应内接法．由曲线1可得此时溶液浓度约为0.12%.【答案】 ①D 1 ②35 1 0.012 (0.11～0.014间的数据)。

一、实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线，分析曲线的变化规律.二、实验原理1.用电流表测出通过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组（U，I）值，在U-I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来，就可得到小灯泡的伏安特性曲线.2.小灯泡（3.8 V，0.3 A）的电阻很小，当它与电流表（量程为0.6 A）串联时，电流表的分压影响很大，故为了准确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线，即测出U、I的值，电流表应采用外接法；为使小灯泡上的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式接法.三、实验器材小灯泡（3.8 V，0.3 A）或（9 V，0.7 A）一只，电压表（0~3 V~15 V）、电流表（0~0.6 A~3 A）各一只，滑动变阻器一只，学生低压直流电源（或电池组）、开关一只、导线若干、坐标纸、铅笔.五、实验注意事项1.由于小灯泡的电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法.2.因本实验要作出I-U图线，要求测出电压从零变化至U额的多组数据，因此滑动变阻器要采用分压式接法.3.开关闭合前滑动变阻器的滑片应移到图51-1中的A端，调节滑片时要注意电压不能超过小灯泡的额定值.4.实验中各组读数要选择均匀，间隔大致相等，作图时两坐标轴的标度要适当，使图线不会偏向一边或过小或过大.5.画I-U曲线时，不能画成折线，而应画成平滑的曲线，偏差较大的点应舍弃.一、仪器的选择与电路的设计1.电学实验中仪器的选择方法（1）基本原则①安全——不损坏实验器材.②精确——尽可能减少实验误差.③方便——便于实验操作、读数和数据处理.（2）实验仪器的选取①电源允许的最大电流要大于电路中的实际电流.②用电器的额定电流应大于或等于通过它的实际电流.③电压表和电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值，一般两表的指针应指到满偏刻度的12至满偏之间的位置为宜.2.滑动变阻器的两种接法及选择方二、螺旋测微器2.原理：精密螺纹的螺距是0.5 mm，即K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01 mm，即可动刻度每转过一等份，P前进或后退0.01 mm.因此，从可动刻度旋转了多少等份就知道长度变化了多少个0.01 mm.用它测量长度，可以精确到0.01 mm，还可以估读到0.001 mm（即毫米的千分位），因此螺旋测微器又称为千分尺.3.读数方法：先从固定刻度G上读出半毫米整数倍的部分，不足半毫米的部分由可动刻度读出，即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线上的横线重合，从而读出可动刻度示数（注意估读），即有：测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数×精确度（注意单位为mm）.如图50-5所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为14.5格，最后的读数为：2.0 mm+14.5×0.01mm=2.145 mm.图50-54.注意事项（1）测量前需校对零点：先使测砧A与测微螺杆并拢，观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合，以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度是否重合，否则应加以修正.2）读数时，除注意观察毫米整数刻度线外，还要特别注意半毫米刻度线是否露出.螺旋测微器要估读，以毫米为单位时要保留到小数点后第三位.（3）测量时，当螺杆P快要接触被测物体时，要停止使用粗调旋钮K，改用微调旋钮K′，当听到“咔、咔”响声时，停止转动微调旋钮K ′，并拧紧固定旋钮.这样做既可以保护仪器，又能保证测量结果的准确.（2）在不知道Rx 、RV 、RA 的大约值时，可用试触法.如图50-8所示，触头分别接触a 、b ，如 表变化大，说明表分压大，应选外接法；如表变化大，说明 表分流大，应选内接法.2.电流表内接法与外接法的选择方法内接法外接法电路图误差 分析 电流表分压 U 测＝U x ＋U A 电压表分流I 测＝I x ＋I V 电阻 测量值 R 测＝U 测I 测＝R x ＋R A >R x测量值大于真实值R 测＝U 测I 测＝R x R VR x ＋R V <R x测量值小于真实值适用 条件R x >R A R VR x <R A R V(1)直接比较法：当R x≫R A时用内接法；当R x≪R A时用外接法．本实验一般选择3伏电源，3伏挡伏特表(内阻为3千欧或1千欧)，安培表0.6安挡(内阻约为0.1欧)，金属丝电阻大约5～10欧，显然应取外接法，但待测电阻往往很不直观，这就需要用下面两种方法确定测量电路．(2)临界值计算法：由误差理论知当R x＝R A R V时，内接法、外接法一样，我们称R A R V为临界值；R x>R A R V时，可用内接法；R x<R A R V时，可用外接法．(3)测试判断法：当R x、R A、R V大约值都不清楚就用测试判断法．如图1所示，将单刀双掷开关S分别接触a点和b点，若看到安培表示数变化比伏特表示数变化大，则说明伏特表分流影响较大，应该选内接法；若伏特表示数变化比安培表示数变化大，则说明安培表分压影响较大，应该选外接法．二、限流电路和分压电路1.限流电路如图3所示，实际上滑动变阻器的右边部分并没有电流流过．该电路的特点是：在电源电压不变的情况下，R用两端的电压调节范围：U≥U用≥UR用R0＋R用；电流调节范围：UR用≥I用≥UR0＋R用.即电压和电流不能调至零，因此调节范围较小．要使限流电路的电压和电流调节范围变大，可适当增大R0.另外，使用该电路时，在接通前滑片P置于电阻最大的位置．2.分压电路如图4所示，实质上滑动变阻器的左边部分与R用并联后再与滑动变阻器的右边串联．注意滑动变阻器的两端都有电流流过，且电流不相同．该电路的特点是：在电源电压不变的情况下，R用两端的电压调节范围为U≥U用≥0，即电压可调到零，电压调节范围大．电流调节范围为ER用≥I用≥0.使用分压电路，当R0<R用时，调节性能好．通电前，滑片P置于A端，使U用＝0.3.两种用法的选择如果滑动变阻器的额定电流够用，在下列三种情况下必须采用分压接法：(1)用电器的电压或电流要求从零开始连续可调．(2)要求用电器的电压或电流变化范围大，但滑动变阻器的阻值小．(3)采用限流接法时限制不住，电表总超量程，用电器总超额定值．在安全(I滑额够大，仪表不超量程，用电器上的电流、电压不超额定值，电源不过载)、有效(调节范围够用)的前提下，若R用≤R0，原则上两种电路均可采用，但考虑省电、电路结构简单，可优先采用限流接法；而若R用≫R0，则只能采用分压电路．三、电表的选择与读数1.电表的选择实验中，电表的选择首先要估算电路中电流、电压的调节范围，依据电压、电流的调节范围选择电表．一般依据下列原则：(1)在不超过量程的前提下，选择小量程电表． (2)电表的读数一般不应小于量程的13.2.电表的读数方法最小分度是“1”的电表，测量误差出现在下一位，下一位按110估读，如最小刻度是1 mA 的电流表，测量误差出现在毫安的十分位上，估读到十分之几毫安．最小分度是“2”或“5”的电表，测量误差出现在同一位上，同一位分别按12或15估读．如学生用的电流表0.6 A 量程，最小分度为0.02 A ，误差出现在安培的百分位，只读到安培的百分位，估读半小格，不足半小格的舍去，超过半小格的按半小格读数，以安培为单位读数时，百分位上的数字可能为0、1、2…9；学生用的电压表15 V 量程，最小分度为0.5 V ，测量误差出现在伏特的十分位上，。

描绘小灯泡伏安特性曲线—解析版1.〔2021全国理综I〕某同学探讨小灯泡的伏安特性，所运用的器材有：小灯泡L〔额定电压3.8V，额定电流0.32A〕：R〔阻值1000ΩΩ〕；电源E〔电动势5V，内阻不计〕；开关S；电压表V〔量程3V，内阻3kΩΩ〕;固定电阻导线假设干。

〔1〕试验要求能够实现在0~3V的范围内对小灯泡的电压进展测量，画出试验电路原理图。

〔2〕试验测得小灯泡伏安特性曲线如图〔a〕所示。

〔1〕由试验曲线可知，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〞〕。

EΩ〕和题给器材连接成图〔b〕所示的电路。

调整滑动变阻器R的阻值，可以变更小灯泡的〔2〕用另一电源实际功率。

闭合开关S，在R的变更范围内，小灯泡的最小功率为_____W，最大功率为_______W.〔结果均保存两位小数〕【参考答案】〔1〕电路如图〔2〕当滑动EΩ〕的伏安特性曲线，如图中曲线II所示，与小灯泡变阻器接入电路中的电阻为零时，在图〔a〕中画出电源伏安特性曲线的交点即为电路工作点，该点纵横坐标值的乘积等于小灯泡的最大功率，最大功率为P max=UI=3.62×0.318=1.17W。

2．〔2021广西五市考前联考〕在“描绘小灯泡的伏安特性曲线〞的试验中，需测量一个标有“3V ，1.5W 〞灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材： 直流电源〔电动势3.0V ，内阻不计〕电流表1A 〔量程3A ，内阻约0.1Ω〕 电流表2A 〔量程600mA ，内阻约5Ω〕 电压表1V 〔量程3V ，内阻约3kΩ〕 电压表2V 〔量程15V ，内阻约200kΩ〕滑动变阻器1R 〔阻值0~10Ω，额定电流1A 〕 滑动变阻器2R 〔阻值0~1kΩ，额定电流300mA 〕〔1〕在该试验中，电流表应选择_________〔填“1A 〞或“2A 〞〕，电压表应选择________〔填“1V 〞或“2V 〞〕，滑动变阻器应选择________〔填“1R 〞或“2R 〞〕〔2〕某同学用导线a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 和h 连接成如图甲所示的电路，假设用该电路测得灯泡的工作电压U 和电流I ，依据UR I计算此时灯泡的，那么灯泡电阻的测量值________真实值〔填“大于〞、“等于〞或“小于〞〕。