全国通用）2018年高考物理一轮复习第9章恒定电流微专题48实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线 [方法点拨] (1)本实验要求电压必须从0开始，所以滑动变阻器要用分压式接法．(2)仪器选择要首先保证安全，其次是保证精确，再次操作简便，选不到理想的仪器，其中几个相比较，就选较好的．1．为测定标有“4.5 V、2 W”字样小灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：A．电压表V1(0～3 V，内阻为3 kΩ)B．电压表V2(0～15 V，内阻为15 kΩ)C．电流表A(0～0.6 A，内阻约1 Ω)D．定值电阻R0(阻值为3 kΩ)E．滑动变阻器R(10 Ω，2 A)F．学生电源(直流6 V，内阻不计)G．开关、导线若干(1)为使实验误差尽可能小，并要求从零开始多取几组数据，图1所示的四幅电路图中满足实验要求的是______．该实验电路图中是电压表________(填“V1”或“V2”)；该电路图中小灯泡两端电压U与对应电压表读数UV的比值＝________.图1(2)正确连接电路，闭合开关前，将滑动变阻器的滑片P应移到________端(填“a”或“b”)；实验操作中，为使灯泡不被烧坏，当观察到电表的示数接近________V时，要特别注意滑动变阻器的调节．2．某物理学习小组拟用下列器材研究小灯泡L两端的电压与通过它的电流的关系曲线．A．小灯泡L(4.0 V,0.7 A)B．电流表A(0～0.6 A，内阻为0.2 Ω)C．电压表V(0～3 V，内阻为9 kΩ)D．标准电阻R1＝1 ΩE．标准电阻R2＝3 kΩF．滑动变阻器R(0～10 Ω)G．学生电源(电动势E＝6 V、内阻不计)H．开关一个，导线若干(1)为了准确描绘出小灯泡L较完整的U－I曲线，请在图2甲虚线框内画出实验电路图．图2(2)该学习小组同学正确进行实验操作，并处理实验数据后，描点作图得到了如图乙所示的小灯泡L的U－I图线．某次实验中得到的电压表示数如图丙所示，电压表示数为________V，此时小灯泡的电阻约为________ Ω(保留两位有效数字)．由小灯泡L的U－I图线可知小灯泡L的电阻随电流I的增大而________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)若将此小灯泡L与定值电阻R0＝4 Ω串联后接在电动势为4.0 V、内阻为1.0 Ω的蓄电池组两端，则小灯泡的实际功率约为________W(保留两位有效数字)．3．在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验器材如下：待测小灯泡(2.5 V,0.5 A)；双量程电压表(中间接线柱3 V，内阻约为3 kΩ；右边接线柱15 V，内阻约为15 kΩ)；双量程电流表(中间接线柱0.6 A，内阻约为0.125 Ω；右边接线柱3 A，内阻约为0.025 Ω)；滑动变阻器(20 Ω，2 A)；电源(电动势约为3 V，内阻未知)；开关一个；导线若干．图3(1)甲同学选择合适的器材，连好实物图如图3所示，乙同学检查时发现了多处错误，请指出(至少2处)：________________________________________________________________________；________________________________________________________________________.(2)两同学改正错误，正确连线后，测出如下表所示的7组I、U数据，请你在图4坐标纸上建立I－U坐标系，标出坐标点，绘出小灯泡的伏安特性曲线.次数n1234567电压/V00.200.501.001.502.002.50电流/A00.080.100.130.160.180.20图4(3)根据绘出的小灯泡的伏安特性曲线，该小灯泡在电压为1.8 V时的实际电阻约为________Ω.(结果保留三位有效数字)(4)关于本实验的系统误差，下列判断正确的是( )A．系统误差主要是由电压表的分流引起的，电压越大误差越大B．系统误差主要是由电流表的分压引起的，电流越大误差越大C．系统误差主要是由忽略电源内阻引起的，电源内阻越大误差越大D．系统误差主要是由电表读数时的估读引起的，电压越大误差越大4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3 V 1.5 W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：A．直流电源3 V(内阻可不计)B．直流电流表0～600 mA(内阻约0.5 Ω)C．直流电压表0～3 V(内阻约3 kΩ)D．滑动变阻器(10 Ω，1 A)E．滑动变阻器(1 kΩ，300 mA)F．开关、导线若干(1)本实验中滑动变阻器选用________(填“D”或“E”)．(2)表格中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图5所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线.U/V00.51.01.52.02.5I/A00.170.300.390.450.49图5(3)如图6所示，将两个这样的灯泡并联后再与5 Ω的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4 V的电路上，每个灯泡的实际功率为________W(结果保留两位有效数字)．图6答案精析1．(1)乙 V1 2 (2)a 2.25解析 (1)实验要求从零开始取数据，所以滑动变阻器接成分压式电路，甲、丙错；绘制伏安特性曲线，应该使灯泡两端电压由0～4.5 V连续变化，如果用0～15 V量程电压表测量，其最小分度值为0.5 V，测量误差较大，所以选用0～3 V量程的电压表V1，再串联定值电阻，将其改装为6 V量程的电压表，所以乙正确．由分压规律可知，＝2.(2)正确连接电路，闭合开关前，应使灯泡两端电压最小，故滑动变阻器的滑片应移到a端；由于电压表内阻与定值电阻阻值相等，由分压规律可知，当电压表读数接近2.25 V时，小灯泡两端电压接近4.5 V的额定电压．2．(1)如图所示 (2)2.7 5.3(5.2也可) 增大 (3)0.79(0.75～0.83均可)解析 (1)要准确描绘小灯泡的U－I曲线，小灯泡两端电压要从0开始调节，所以滑动变阻器采用分压接法；又因小灯泡的额定电压为4.0 V，额定电流为0.7 A，而电压表量程为3.0 V，电流表量程为0.6 A，所以要描绘完整曲线，必须把电压表、电流表的量程扩大，由串并联规律知，可将电压表与标准电阻R2＝3 kΩ串联改装为量程为4.0 V的电压表，将电流表与标准电阻R1＝1 Ω并联改装成量程为0.72 A的电流表；因改装后的电压表内阻远大于小灯泡电阻，所以电流表采用外接法．(2)由电压表指针位置可知此时电压表示数为2.7 V，则改装电压表两端的电压，即小灯泡两端的电压为U＝3.6 V，由题图乙知此时通过小灯泡的电流约为0.68 A，由R＝得此时小灯泡L的电阻约为5.3 Ω.(3)令小灯泡两端电压为U，通过的电流为I，由闭合电路欧姆定律知E0＝U＋I(R0＋r0)，即U＝4－5I，在题图乙坐标系中作图线，如图所示，此时两条图线的交点坐标为(0.45 A,1.75 V)，所以小灯泡此时的实际功率为P＝1.75×0.45 W≈0.79 W.3．(1)①滑动变阻器接法错误，应改成分压式接法．②电压表量程错误，应选用3 V的量程；③电流表位置接错，应采用外接法．(2)见解析图(3)10.3(±0.3) (4)A解析 (1)由于是测绘小灯泡(2.5 V,0.5 A)的伏安特性曲线实验，故电压表的量程选用3 V即可，要求电压从“0”开始所以滑动变阻器应采用分压式接法；小灯泡的阻值小，故电流表应采用外接法．(2)如图所示(3)在图中找到相应的点，即在U＝1.8 V时的电流为I＝0.175 A，则电阻R＝ Ω≈10.3 Ω.(4)由于电流表外接，其示数包括了流经电压表的电流，比小灯泡的实际电流大，故这个实验中的系统误差主要来源于电压表的分流，故A选项正确．4．(1)D (2)见解析图(3)0.30解析 (1)本实验滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器应选D；(2)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图线如图线a所示；(3)设灯泡两端的电压为U，通过每个灯泡的电流为I，则U＝4－2IR0＝4－2×5I＝4－10I，即U＝4－10I，在灯泡的I－U图象中作出此函数图象如图线b所示，由图象可知，U＝1.0 V，I＝0.3 A，每个灯泡消耗的实际功率P＝UI＝0.30 W.13。
