2024教科版高中物理必修第三册同步
第二章 电路及其应用
5 实验:描绘I-U特性曲线
基础过关练
题组一 实验原理与操作
1.(2022四川泸州检测)某实验小组要描绘一标有“10 Ω,0.5 A”小灯泡的I-U图线,实验桌上备有下列器材:
A.电压表(0~5 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(0~10 V,内阻约20 kΩ)
C.电流表(0~0.3 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(5 Ω,2.0 A)
F.滑动变阻器(500 Ω,0.2 A)
为尽量减小实验误差,要求电压从零开始且测出多组U、I数据,则实验时电压表应选用 ,电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(均用器材前的字母表示)
2.某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,电路连接如图1所示。
(1)电路图未连接完,请帮他连接好电路图;
(2)在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应放在最 (选填“左”或“右”)端;
图1图2
(3)闭合开关,开始测量,实验过程中下列两个操作中较好的是 ;
A.移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,再移动,再读取
B.移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,立即断开开关,移动滑动变阻器的滑片,再闭合开关,再读取,再立即断开开关
(4)如图2所示,电流表的读数为 A。
题组二 数据处理与分析
3.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3.8 V,额定电流0.32 A);电压表(量程0~3 V,内阻3 kΩ);电流表(量程0~0.6 A,内阻0.5 Ω);定值电阻R0(阻值1 000 Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0 Ω);电源E(电压5 V,内阻不计);开关S;导线若干。
(1)实验要求能够实现在0~3.8 V范围内对小灯泡的电压进行测量,在方框内画出实验原理图。
(2)实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图所示。
由实验曲线可知,随着电压的增大小灯泡的电阻 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
4.(2022山东诸城一中期中)小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象,用实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有:
A.小灯泡(2.5 V,1.2 W)
B.电流表(量程0~0.6 A,内阻r=1 Ω)
C.电压表(量程0~3 V,内阻未知)
D.滑动变阻器R2(0~5 Ω,额定电流1 A)
E.电源(E=3 V,内阻不计)
F.定值电阻R0(阻值6 Ω)
G.开关一个和导线若干
(1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化,且能尽量减小系统误差,在虚线框内画出完整的实验电路图。
(2)按照正确的电路图,该同学测得实验数据如下表,其中I是电流表的示数,U是电压表的示数,U灯是小灯泡两端的实际电压。请通过计算补全表格中的空格,然后在图中画出小灯泡的伏安特性曲线。
I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48
U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00
U灯/V
题组三 实验拓展创新
5.(2022广东深圳调研)LED灯的核心部件是发光二极管,某同学欲测量一只工作电压为2.9 V的发光二极管的正向伏安特性曲线,所用器材有:电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ),电流表(用多用电表的直流25 mA挡替代,内阻约为5 Ω),滑动变阻器(0~20 Ω),电池组(内阻不计),开关和导线若干。他设计的电路如图(a)所示。回答下列问题:
(a)
(b)
(c)
(1)根据图(a),在实物图(b)上完成连线;
(2)调节滑动变阻器的滑片至最 端(选填“左”或“右”),将多用电表选择开关拨至直流25 mA挡,闭合开关;
(3)某次测量中,多用电表示数如图(c),则通过二极管的电流为 mA;
(d)
(4)该同学得到的正向伏安特性曲线如图(d)所示。由曲线可知,随着两端电压的增加,二极管的正向电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”);当两端电压为2.9 V时,正向电阻为 kΩ(结果保留两位有效数字);
(5)若实验过程中发现,将滑动变阻器滑片从一端移到另一端,二极管亮度几乎不变,电压表示数在2.7~2.9 V之间变化,试简要描述一种可能的电路故障: 。
答案与分层梯度式解析
5 实验:描绘I-U特性曲线
基础过关练
1.答案 A D E
解析 由题意可知,小灯泡的额定电流为0.5 A,正常发光时的电阻为10 Ω,则它两端的电压U=IR=0.5×10 V=5 V,故电流表应选择D,电压表应选择A;实验要求电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,为方便实验操作,滑动变阻器应选择E。
2.答案 (1)如图所示
(2)左 (3)B (4)0.50
解析 (1)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法。
(2)闭合开关前,滑动变阻器与小灯泡并联部分的电阻应该为零,故滑动变阻器的滑片应该在最左端。
(3)为了减小温度对灯泡电阻的影响,移动滑动变阻器的滑片,读取电压表和电流表数据,立即断开开关,移动滑动变阻器的滑片,再闭合开关,再读取,再立即断开开关,故选B。
(4)电流表选用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,所以读数为0.50 A。
方法技巧 实物图连接的注意事项
(1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路图依次到开关,再到滑动变阻器,按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来,再将要并联的元件并联到电路中去。
(2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。
(3)要注意电表的量程和正、负接线柱,要使电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出。
(4)滑动变阻器的接法:限流式接法,导线分别连接到上、下接线柱上(两个接线柱);分压式接法,导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上(一上两下三个接线柱)。
3.答案 (1)见解析图 (2)增大
解析 (1)电压表量程为0~3 V,实验要求能够实现在0~3.8 V范围内对小灯泡的电压进行测量,需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程;题目中要求小灯泡两端电压从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法,小灯泡正常发光时的电阻RL= Ω=11.875 Ω,因,故电流表采用外接法,实验原理图如图所示。
(2)由I-U图像知,随着电压的增大,图线上的点与坐标原点连线的斜率在减小,则灯泡的电阻随电压的增大而增大。
4.答案 见解析
解析 (1)要求小灯泡两端的电压从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法;本题电流表的内阻已知为1 Ω,其两端电压可算出,为了尽量减小系统误差,故电流表采用内接法。实验电路如图甲所示。
甲
(2)小灯泡两端的电压等于电压表的读数减去电流表两端的电压。由于电流表内阻为1 Ω,故电流表两端的电压与电流表的读数在数值上相等。
I/A 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.48
U/V 0.08 0.15 0.25 0.40 0.60 0.90 1.30 1.85 2.50 3.00
U灯/V 0.03 0.05 0.10 0.20 0.35 0.60 0.95 1.45 2.05 2.52
小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。
乙
5.答案 (1)图见解析 (2)左 (3)16.0(15.8~16.2均可) (4)减小 0.15(0.14~0.16均可)
(5)连接电源负极与滑动变阻器的导线断路
解析 (1)根据多用电表红黑表笔的接法“红进黑出”可知,黑表笔接二极管正极,红表笔接滑动变阻器上接线柱,滑动变阻器采用分压式接法,则连线如图所示:
(2)为保护电路,开关闭合前需将滑动变阻器的滑片置于最左端;
(3)多用电表所选量程为0~25 mA,则通过二极管的电流为16.0 mA;
(4)I-U图像中,图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数,由题图可知,随着电压的增加,图线上的点与原点连线的斜率逐渐增大,则二极管的电阻逐渐减小;当二极管两端电压为2.9 V时,通过二极管的电流为19.5 mA,则电阻大小为R=≈0.15 kΩ
(5)由于二极管的正向电阻约为0.15 kΩ,远大于滑动变阻器的最大阻值,因此若在实验中将滑动变阻器滑片从一端移到另一端,二极管亮度几乎不变,电压表示数在2.7~2.9 V之间变化,则有可能是滑动变阻器与二极管串联,导致电路中总电阻较大,总电流较小,所以电压表的示数变化较小,故故障可能是连接电源负极与滑动变阻器的导线断路。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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