11-19年高考物理真题分专题汇编之专题085. 描绘电阻的伏安曲线.pdf

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1、第第 85 节节 描绘电阻的伏安曲线描绘电阻的伏安曲线 【2019年 4 月浙江物理选考】小明想测额定电压为 2.5V 的小灯泡在不同电压下的电功率的电路。 (1)在实验过程中,调节滑片 P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是的_导 线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点,空格中请填写图中的数字,如“7点至 8点”) ; (2)正确连好电路,闭合开关,调节滑片 P,当电压表的示数达到额定电压时,电流表的指针如 图所示,则电流为_A,此时小灯泡的功率为_W (3)做完实验后小明发现在实验报告上漏写了电压为 1.00V 时通过小灯泡的电流,但在草稿纸上 记录了下列数据,你认为最

2、有可能的是_ A.0.08A B.0.12A C.0.20A 【答案】 (1). 1 点至 4 点 (2). 0.30 (3). 0.75 (4). C 【解析】 【详解】 (1)在实验过程中,调节滑片 P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是 1 点至 4点的导线没有连接好,滑动变阻器相当于接成了限流电路; (2)由表盘刻度可知,电流表读数为 0.30A;则灯泡的额定功率:P=IU=0.302.5W=0.75W; (3)若灯泡电阻不变,则由,解得 I1=0.12A,考虑到灯泡电阻温度越低时阻值 越小,则通过灯泡的电流要大于 0.12A,则选项 C正确;故选 C. 1.2012年理综

3、安徽卷年理综安徽卷 21.(8 分) 图为“测绘小灯伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡额 定电压为 2.5V。 (1)完成下列实验步骤: 闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片, ; 闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片, ; 断开开关, 。根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。 (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。 答: (1)使它靠近变阻器左端的接线柱, 增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直 至电压达到额定电压。 解析:保证开关闭合时电路安全,此时测量电路部分电压最小 ; 从 0-2.5V 电压范围内取 8-10 组电压电流值并记录。 因为是描绘伏安特

4、性曲线,需要电压从 0 开始,并适当多的测量数据,描绘较为准确。 (2)电路图如图所示 解析:电路特点:并联型电源、电流表外接法测电阻 2. 2013年天津卷年天津卷 9 (3)要测绘一个标有“3V 0.6W”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 1); 电流表(量程为 0250mA内阻约 5); 电压表(量程为 03V内限约 3k); 电键一个、导线若干。 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 20, 额定电流 1A) B滑动变阻器(最大阻值 1750,额定电流

5、0.3A) 实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号) 。 实脸 得到 小灯 泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到 电动势为 1.5V,内阻为 5 的电源两端,小灯泡消耗 的功率是_W。 【答案】 A B 0.1 【解析】本题考查了“小灯泡的伏安特性曲线”的 实。 根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 A V ES A V ES A V ES A V ES AB CD I/A U/V O 1.02.03.0 0.3 0 0.2 0 0.1 0 A SE R V 3V,并便于操作”可知控制电路必定为“分压电路”,而“分压电路”需要用较小的滑动变阻器,故选择 A。 在中已经明确了控制电

6、路,继续要选择电流表的接法,题中 Rx/RA = 15/ 5 = 3 ,而 RV/Rx = 3000/15 = 200 , 可知电压表的分流作用不如电流表的分压作用明显,故而应选择电流表的外接法,综 上可知 B选项的电路图正确。 根据图像可知,当将小灯泡接入电动势为 1.5V,内阻为 5 的电源两端时,将小灯泡的内阻等 效到坐标纸上可知小灯泡的伏安特性曲线仍处于“线性”段,故其电阻为 10,代入闭合电路欧姆定律 及功率计算表达式可知 P实际 = (E/(r+Rx )2Rx= ( 1.5 /15)210 =0.1(W) 3. 2013年福建卷年福建卷 19(2) (12分) 硅光电池在无光照时不

7、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 电压表的 V1量程选用 3V,内阻为 6.0k;电压表 V2量程选用 15V,内阻约为 30k;R0为保护电阻; 直流电源电动势 E约为 12V,内阻不计。 根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路。 丙 V31 5 1 2 0 5 10 15 0 甲 V2 S E R0 R V1 + 硅光电池 V 315 V 315 硅光电池 乙 R0 V1 V2 R S E 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 V

8、1、V2的示教 U1、U2。 ()某次测量时,电压表 V1示数如图丙,则 U1= V,可算出通过硅光电他的反向电流大小为 mA(保留两位小数) 。 ()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 和通过反向电流 IX(表中“-”表示反向) ,并在坐标纸上建立 Ix-Ux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 Ix-Ux图线。 ()由Ix-Ux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。 -0.10 0 -0.20 -0.3

9、0 -1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0 -9.0 Ix/mA Ux/V 123456789 U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74 U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7 Ux/V0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0 Ix/mA-0.00-0.00-0.01-0.02-0.04-0.07-0.12-0.19-0.29 答:电路连接如答图 1所示 (i)1.40 0.23 (ii) Ix-Ux图线 如答图 2 所示 (iii)非线性 解 析: 电压 表 V1 示数 U

10、1=1. 40V ,V2 的内阻为 RV=6.0k,由欧姆定律可知通过的电流为 I=U1/RV=0.23A。根据表中数据标出余下的 4 个坐 标点,用描点法平滑曲线绘出 Ix-Ux图线如答图 2所示。由 Ix-Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电 压时, Ix与 Ux成非线性关系。 4.2011年理综福建卷年理综福建卷 19 (2) (12分)某同学在探究规格为“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中: 在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电珠的电阻,则 应将选择开关旋至_档进行测量。 (填选项前的字母) A直流电压 10V B直流电流 5mA C欧姆 100 D欧姆 1 该同学采用图

11、甲所示的电路进行测量。图中 R为滑动变阻器(阻 值范围 020,额定电流 1.0A) ,L 为待测小电珠,为电压表(量程V 6V,内阻 20k) ,为电流表(量程 0.6A,内阻 1) ,E为电源(电A 动势 8V,内阻不计) ,S 为开关。 在实验过程中,开关 S 闭合前,滑动变阻器的滑片 P应置于最_端;(填“左”或“右” ) 在实验过程中,已知各元器件均无故障,但闭合开关 S 后,无论如何调节滑片 P,电压表和 电流表的示数总是调不到零,其原因是_点至_点的导线没有连接 好;(图甲中的黑色小圆点表示接线点,并用数字标记,空格中请填写图甲 中的数字,如“2点至 3点”的导线) 该同学描绘出

12、小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示,则小电珠 的电阻值随工作电压的增大而_。 (填“不变” 、 “增大”或“减小” ) 答:(1)0.97(0.96、0.98 均可) C (2)D .左; . 1 点至 5 点(或 5 点至 1 点) ; . 增大 【解析】 (2)根据电珠的规格标称值可算出其正常工作时的电阻为 12 ,测电阻选欧姆挡并选 1挡。 开关闭合前,应保证灯泡电压不能太大,要有实验安全意识,调滑片在最左端使灯泡电压从零 V A 1234 5 6 7 891011 1213 S E R P L 甲 I OU 乙 -0.10 0 -0.20 -0.30 -1.0-2.0-3.0-4.0

13、-5.0-6.0-7.0-8.0 -9.0 Ix/mA Ux/V 答图 2 答图 1 V 315 V 315 硅光电池 R0 V1 V2 R S E 开始实验。电表示数总调不到零,是由于电源总是对电表供电,滑动变阻器串联在了电路中,1 点和 5 点间没有接好,连成了限流式接法,这也是限流式与分压式接法的最显著区别。伏安特性曲线的斜率 表示电阻的倒数,所以随着电压的增大,曲线斜率减小,电阻增大。 5.2015年理综浙江卷年理综浙江卷 22. (10 分)图 1 是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连 接图。 (1)根据图 1画出实验电路图 (2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电

14、压表的示数如图 2 中的、所示,电流表 量程为 0.6A,电压表量程为 3V。所示读数为:_。两 组数据得到的电阻分别为_和_。 第 22 题图 1第 22 题图 2 0 1 2 3 0 0.20.4 0.6 0 12 3 0 0.20.4 0.6 15 0 5 10 0 1 2 3 0 5 15 0 1 2 3 10 - + 3 V 15 0 . 6 A 3 答案:(1)答案如图 1所示 (2)0.10A、0.24A、2.00V、0.27V。 (8.30.1) 和(2.70.1), 或者(2.70.1) 和(8.30.1)。 解析(1)从实物图中可知电压表测量灯泡两端电压,电流表采用外 接法

15、,滑动变阻器采用分压接法,故电路图如答图 1 所示 (2)电流表的量程为 0.6A,所以每小格表示的分度值为 0.02A,故的读数为 0.10A,的读数为 0.24A,电压表的量程为 3V,则每一小格表示 0.1V,所以 的示数为 2.00V,的示数为 0.27V。 若灯泡两端的电压小,则对应的电流也小,故为同一数据,故得到的电阻为72 10 270 . . . R ,为另外一组数据,故得到的电阻为。 38 240 02 . . . R 6.2016年天津年天津卷卷 9、 (3)某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线,要求测 量数据尽量精确,绘制曲线完整,可供该

16、同学选用的器材除了开关,导线外,还有: 电压表 V1(量程 03V,内阻等于 3k) 答图 1 E R A S V L 电压表 V2(量程 015V,内阻等于 15k) 电流表 A1(量程 0200mA,内阻等于 10) 电流表 A2(量程 03A,内阻等于 0.1) 滑动变阻器 R1(010,额定电流 2A) 滑动变阻器 R2(01k,额定电流 0.5A) 定值电阻 R3(阻值等于 1) 定值电阻 R4(阻值等于 10) 定值电阻 R5(阻值等于 1k) 电源 E, (E=6V,内阻不计) 请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁 该同学描绘出的 I-U 图像应是下图中的_ 【

17、答案】电路如图;B 【解析】用量程 3V 的电压表 V1和 R5串联,可改装成量程 为的电压表; V4) 13( 3 3 )( 5 Rr r U U g g g 用量程为 200mA 的 A1与定值电阻 R4并联可改装为量程为 的安培表;待测小灯A4 . 0 10 102 . 0 2 . 0 4 R rI II gg g 泡的 阻值较小,故采用电流表外接电路;电路如图示。 小灯泡的电阻随温度升高而变大,故该同学描绘出的 I-U 图线应该是 B。 7. 2011年理综广东卷年理综广东卷 34 (2)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,所用器材有:小电珠(2.5V,0.6W) ,滑动变 阻器,多

18、用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干。 粗测小电珠的电阻,应选择多用电表_倍率的电阻档(请填写“1” 、 “10”或“ 100” ) ;调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图(c),结果为_。 实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图(d)完成实物图(e)中的连线。 开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于_端。为使小电珠亮度增加,P应由中点向_端滑 动。 V1 A1 R1 R5 R4 ES U I A O U I B O U I C OU I D O 下表为电压等间隔变化测得的数据,为了获得更准确的实验图象,必须在相邻数据点_间多 测几组数据(请填写“ab” 、 “bc” 、

19、“cd” 、 “de”或“ef” ) 图(c) A V P ab S E 图(d) A 3 0.6 红 黑 电源 + 图(e) 数 据点 a b c d e f U/ V 0. 00 0. 50 1. 00 1. 50. 2. 00 2. 50 I/ A 0. 000 0. 122 0. 156 0. 185 0. 216 0. 244 答: 1、 8 如图所示 a,b ab 【解析】小电珠(2.5V,0.6W)对应电阻为 R=U2/P=2.52/0.6=10.4,电阻十几欧,所以选“1” 档。 电流表的电阻也就几欧,与电压表几千欧相比,小电珠算小电阻,所以电压表必须外接,伏安 特性曲线要求电

20、压从 0开始逐渐变大,所以滑动变阻器必须与电压采用分压接法。 从 a端开始,电压为零,向 b端移动,对小电珠所加电压逐渐变大。 ab之间电流增加了 0.122A,其它段电流增加了 0.03A 左右,所以需要在 ab 之间将电流分为 0.030A、0.060A、0.090A,分别测出相应的电压值。 8. 2011年理综重庆卷年理综重庆卷 20在测量电珠伏安特性实验中,同学们连接的电路中有四个错误电路,如图所示。电源内阻不 计,导线连接良好。若将滑动变阻器的触头置于左端,闭合 S,在向右端滑动触头过程中,会分别出现 如下四种现象: V A L S L V A S A V S L A V S L a

21、电珠 L 不亮;电流表示数几乎为零; b电珠 L 亮度增加;电流表示数增大; c电珠 L 开始不亮;后来忽然发光;电流表从示数不为零到线圈烧断; d电珠 L 不亮;电流表从示数增大到线圈烧断。与上述 abcd四种现象对应的电路序号为 A B C D 答案:A 解析:在中伏特表和安培表的连接是错误的,将滑动变阻器的触头置于左端,闭合 S 后电珠 L 不亮,在向右端滑动触头过程中,电珠 L 逐渐变亮,由于总电阻减小,干路电流增大,电流表示数增 大,是 b;在中安培表连接错误,应该连接在干路上,开始时滑动变阻器的电阻最大,通过电珠的电 流太小,电珠 L 不亮,在向右端滑动触头过程中,电珠后来忽然发光

22、,由于大部分电流流过电流表造 成电流表从示数不为零到线圈烧断,是 c;在中伏特表和安培表应该互换位置,由于伏特表串联造成 电珠 L 不亮,电流表示数几乎为零,是 a;在中安培表使电珠短路,电珠 L 始终不亮,电流表从示数 增大到线圈烧断,是 d。即分别对应 bcad。正确的是 A。 9. 2012年理综重庆卷年理综重庆卷 22(2) (2)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池,他们测量这 种电池的电动势 E和内阻 r,并探究电极间距对 E和 r 的影 响。实验器材如题 22图 3所示。 测量 E和 r 的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源 两端的电压 U 和流

23、过电源的电流 I,依据公式 ,利用测 量数据作出 U I 图象, 得出 E和 r。 将电压表视为理想 表,要求避免电流表分压 作用对测量结果的影响, 请在题 22图 3中用笔画 线代替导线连接电路。 实验中依次减小铜 片与锌片的间距,分别得 到相应果汁电池的 U I 图象如题 22图 4(见下 图)中(a) 、 (b) 、 (c) 、 I/mA U/V 题22图4 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 00.1 0.20.30.40.50.60.70.8 0.9 (d) (a) (b) (c) 果汁 铜片 (正极) 锌片

24、(负极) 题22图3 V A (d)所示,由此可知: 在该实验中,随电极间距的减小,电源电动势 (填“增大”、“减小”或“不变”) ,电源内阻 (填“增大”、“减小”或“不变”) 。 曲线(c)对应的电源电动势 E= V,内阻 r= ,当外电路总电阻为 2500 时,该电源的 输出功率 P= mW。 (均保留三位有效数字) 答:U=E-Ir 见题 22答图 不变 增大 0.975 480 267 解析:U I 图象与 U 轴的交点表示电动势的大 小,可知随电极间距的减小,电源电动势不变;电源电动 势 E=0.975V; 内阻 480 10780 60009750 3 . . I U r 0.3

25、27mAA 4802500 9750 . rR E I 该电源的输出功率 10.2015年理年理综福建卷综福建卷 19. (2)(12 分)某267mAW10267W2500103270 3232 ).(RIP 学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连 接。 实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要 求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接; 丙 A 0 12 3 0 510 15 0.6 V 0 12 3 0 510 15 3 左右 S 甲 乙 0 0.4 0.6 0.2 某次测量,电流表指

26、针偏转如图乙所示,则电流表的示数为_A; 该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将_只相同的小电珠并联后, 直接与电动势为 3V、内阻为 1 的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为 _W(保留两位小数)。 果汁 铜片 (正极) 锌片 (负极) 题22答图 V A 答案:连线如右图 0. 44 4 , 2. 222. 28 解析:实物图如图所示;由图知电流表量程为 0.6A,所以读 数为 0.44A;电源内阻为 1欧,所以当外电路总电阻等于电源内 阻时,消耗电功率最大,此时外电路电压等于内电压,等于 1.5V,由图知当小电珠电压等于 1.5V 时电流约为 0.

27、38A,此时电 阻约为95 . 3 I U R,并联后的总电阻为 1 欧,所以需要 4 个 小电珠,小电珠消耗的总功率约为。 W252 2 51 22 . . R U P 外 11.2015年广东卷年广东卷 34.(2) (10分)某实验小组研究两个未知元件 X和 Y 的伏安特性,使用的器材 包括电压表(内阻约为 3k) 、电流表(内阻约为 1) 、定值电阻等。 使用多用电表粗测元件 X的电阻。选择“1”欧姆档测量,示数如图 15(a)所示,读数为 。据此应选择图 15中的 (填“b”或“c”)电路进行实验。 连接所选电路,闭合 S;滑动变阻器的滑片 P从左向右滑动,电流表的示数逐渐 (填“增

28、 大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件 X换成元件 Y,重复实验。 图 16(a)是根据实验数据作出的 U-I 图线,由图可判断元件 (填“X”或“Y”)是非线性元 件。 该小组还借助 X和 Y 中的线性元件和阻值 R=21 的定值电阻,测量待测电池组的电动势 E和电 阻 r,如图 16(b)所示。闭合 S1和 S2,电压表读数为 3.00V;断开 S2,读数为 1.00V,利用图 16 (a) 可算 得 E= V,r= (结 果均 保留 两位 有效 A 0 12 3 0 510 15 0.6 V 0 12 3 0 510 15 3 左右 S X V A P E S (b) X

29、V A P ES (c)(a) 图 15 r R S1 S2 V 线性元件 (b) 图 16 0.5 U/V I/A 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.05 0.10 0.15 0.200.250.30 Y (a) 0 数字,视电压表为理想电压表) 。 答案:10,b; 增大; Y; 3.2, 0.50 解析:读数为 10,欧姆档“1”,故电阻为 101 = 10 。 RX约为电流表内阻的 10 倍,是电压表 内阻的 1/300,可见待测电阻很小,故采用电流表外接法,即 b 电路。 当 P向右边滑动时,未知元件上分到的电压增大,因此电流增大,电流表读数逐渐增大。 由图 16(a)可知

30、,元件 X对应的 U-I 关系图线为直线,元件 Y 对应的 U-I 关系图线为曲线,即 元件 Y 对应的电压与电流的比值并不固定,因此 Y 是非线性元件。 由图 16(a)可知,线性元件 X的电阻为 RX = 10 ,由闭合电路欧姆定律可知, r R U UE X 当 S2闭合时, , rE 10 3 3 当 S2断开时有(此时把 R当作电源内阻的一部分) , 外外21 10 1 1rE 联立解得 E = 3.2V , r = 0.50 。 12.2017年新课标年新课标 I 卷卷 23(10分) 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

31、 A) ; 电压表(量程 3 V,内阻 3 k) ;电流表(量程 0.5 A,内阻 0.5 ) ;固定电阻 R0(阻值 1000 VA ) ;滑动变阻器 R(阻值 09.0 ) ;电 源 E(电动势 5 V,内阻不计) ;开关 S;导线 若干。 (1)实验要求能够实现在 03.8 V 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。 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 4 V,内阻 1.00 )和题给器材连接成

32、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 2 位小数) 【答案】 (1)如答图 1示 (2)增大;增大; (3)0.39w 1.17w 【解析】 (1)要求能够实现在 03.8 V 的范围内对小灯泡的 图(a) I/mA 0 1234 50 100 200 300 150 250 350 U/V L R S E0 图(b) A V 答图 1 I/mA 0 1234 50 100 200 300 150 250 350 U/V 答图 2 电压进行测量,故滑动变阻器用分压式接

33、法,小灯泡为小电阻,电流表用外接法,如答图 1; (2)由 I-U 图像知,切线的斜率在减小,故灯泡的电阻随电流的增大而增大,再由电阻定律 知,电阻率增大; S l R (3)当滑动变阻器的阻值为 9 时,电路电流最小,灯泡的实际功率最小,此时 ,得,在图中作出该直线如答图 2 示,所以交点坐标约为 U=1.75V,) rRIUE(410 IU I=225mA,; W39 . 0 1 UIP 整理得, rR E U rR I 1 当直线的斜率最大时,与灯泡的 I-U 曲线的交点坐标最 大,即灯泡消耗的功率最大。当滑动变阻器电阻值 R=0 时, 灯泡消耗的功率最大,此时交点坐标为 U=3.67V,I=0.32A, 如答图 3所示,最大的功率为 P2=UI=1.17W。 I/mA 0 1234 50 100 200 300 150 250 350 U/V 答图 3

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