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第八章 恒定电流
第四讲 实验九：描绘小灯泡的伏安特性曲线
课时跟踪练
1. (2015·浙江卷)图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图．
图甲
图乙
(1)根据图甲画出实验电路图．
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①②③④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V．所示读数为：①____________，②____________，③____________，④
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______________．两组数据得到的电阻分别为__________________和______________．
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，滑动变阻器采用分压接法，故电路图如图所示．
(2)电流表的量程为0.6 A，所以每小格表示的分度值为0.02 A，故①的读数为0.10 A，②的读数为0.24 A．电压表的量程为3 V，则每一小格表示0.1 V，所以③的读数为2.00 V，④的读数为0.27 V.
电压小，两端的电流小，故①④为同一组数据，故得到的电阻为R′＝ Ω＝2.7 Ω.
②③为另外一组数据，故得到的电阻为R＝ Ω＝8.3 Ω.
答案：(1)见解析图 (2)①0.10 A
②0.24 A ③2.00 V ④0.27 V 8.3 Ω 2.7 Ω
2. (2018·廊坊模拟)一只小灯泡，标有“3 V 1.5 W”的字样．现要描绘小灯泡0～3 V的伏安特性曲线．实验器材有：
A．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器
B．电动势为6 V、内阻约为1.0 Ω的电源
C．量程为0.6 A、内阻约为1.0 Ω的电流表A1
D．量程为3 A、内阻约为0.1 Ω的电流表A2
E．量程为3 V、内阻约为6 kΩ的电压表V1
F．量程为15 V、内阻约为10 kΩ的电压表V2
G．开关、导线若干
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(1)电压表应选用________；电流表应选用________(将选项代号的字母填在横线上)．
(2)在该实验中，设计了如图所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________(将选项代号的字母填在横线上)．
(3)以下是该实验的操作步骤：
A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；
B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值最大；
C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数(U1，I1)，移动滑动变阻器的滑片，每移动一次记下一组(U，I)值，共测出12组数据；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．
指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改________________
_____________________________________________________.
解析：(1)因为小灯泡的额定电压为3 V，故电压表选E；小灯泡的额定电流I＝＝ A＝0.5 A，故电流表选C.
(2)小灯泡在额定电压下的电阻R＝＝6 Ω，由于>，
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故电流表外接．描绘伏安特性曲线时，电压从零开始，需用滑动变阻器的分压式接法，选C.
答案：(1)E C (2)C (3)步骤B不妥，闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零；步骤D有错，应为按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来．
3. (2018·运城模拟)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IU图线，现有下列器材供选用：
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0.4 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻1 Ω)
E．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A)
F．滑动变阻器(最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A)
G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
(1)实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是__________________________________________________
______________________________________________________.
(2)实验中所用电压表应选用____________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)．
解析：(1)因实验目的是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，故采用甲图所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，
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且能方便地测多组数据．(2)因小灯泡额定电压为4 V，0～15 V的量程太大，读数误差大，所以电压表选0～5 V的A；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电阻8 Ω，调节不方便，故应选滑动变阻器E.
答案：(1)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
4. (2018·沈阳模拟)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率．实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V 1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω.
(1)准备使用的实物电路如图所示．请将滑动变阻器接入电路的正确位置(用笔画线代替导线)．
(2)现有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
(3)测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示．请指出图象中不恰当的地方______________________
_____________________________________________________.
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解析：(1)从P-U2图象上描出的点可知，小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大，故滑动变阻器采用分压电路．根据P＝IU知，通过小灯泡的最大电流I＝＝0.6 A，故电流表选0～0.6 A的量程．实物电路如答案中图所示．
(2)由小灯泡规格可知，小灯泡允许通过的最大电流为0.6 A，故要求接入R1后，电路中的总电流要不小于0.6 A，根据I＝得总电阻R＝＝ Ω＝20 Ω，故R1应选10 Ω的定值电阻．
(3)为了实验仪器的安全，防止电源短路及误将电源与其他电路接通，所以断开开关后，先拆除电池两端的导线，再拆除其他导线．
(4)从坐标纸上所描点可以看出这些点不近似在一条直线上，应为曲线，小明作出了一条直线不合适．作图时应使这些点占据整个坐标纸，而小明的横坐标只用了一半，所以小明横坐标的标度选择不合适．
答案：(1)如图所示 (2)10 (3)电池
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(4)图线不应画为直线，横坐标的标度选择不合适
5. (2015·福建卷)某学习小组探究一小灯泡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．
(1)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；
(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________ A；
(3)该小组描绘的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小灯泡并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω
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的电源组成闭合回路，可使小灯泡的总功率最大，其总功率的值约为________ W(保留两位小数)．
解析：实物图如图所示；由图知电流表量程为0.6 A，所以读数为0.44 A；电源内阻为1 Ω，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为1.5 V，由题图知当小灯泡电压1.5 V时电流约为0.375 A，此时电阻约为R＝＝4 Ω，并联后的总电阻为1 Ω，所以需要4个小灯泡，小灯泡消耗的总功率约为P＝＝ W＝2.25 W.
答案：(1)见解析图 (2)0.44 (3)4 2.25
6. (2018·大连模拟)有一只标值为“2.5 V x W”的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清．某同学想通过测绘灯丝伏安特性曲线的方法来测出该灯泡的额定功率．
(1)已知小灯泡的灯丝电阻约为5 Ω，请先在图甲中补全伏安法测量灯丝电阻的电路图，再选择电流表、电压表的合适量程，并按图甲连接方式将图乙中的实物连成完整的电路．
(2)开关S闭合之前，
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将图乙中滑动变阻器的滑片应置于________(选填“A端”“B端”或“AB正中间”)．
(3)该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W.
解析：(1)小灯泡电阻较小，所以，电流表外接，电路图及实物图见答案．
(2)开关S闭合前，被测电路两端电压应最小，滑片应置于B端．
(3)由题图丙知，灯泡两端额定电压为2.5 V时，电流为I＝0.44 A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝2.5×0.44 W＝1.1 W.
答案：(1)如图甲所示 实物连线如图乙所示(注：任何一个地方错误均不可) (2)B端 (3)1.1
图甲
图乙
7. (2018·济南模拟)发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用，如图所示是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“＋”号的一端接高电势，带“－”号的一端接低电势，某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I，
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所得数据如表所示．
U/V
0
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
2.80
I/mA
0
0.9
2.3
4.3
6.8
12.0
19.0
30.0
(1)实验室提供的器材如下：
A．电压表(量程0～3 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表(量程0～15 V，内阻约25 kΩ)
C．电流表(量程0～50 mA，内阻约50 Ω)
D．电流表(量程0～0.6 mA，内阻约1 Ω)
E．滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω，允许最大电流3 A)
F．电源(电动势6 V，内阻不计)
G．开关，导线若干
该同学做实验时，电压表选用的是________，电流表选用的是________(填选项字母)．
(2)请在图甲中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整．
(3)在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最________端(选填“左”或“右”)．
(4)根据表中数据，在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的IU图线．
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(5)由I-U图线可知：二极管的电阻值随工作电压的增大而________(选填“不变”“增大”或“减小”)．
(6)若此发光二极管的最佳工作电流为10 mA，现将此发光二极管与电动势为3 V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态(结果保留三位有效数字)．
解析：(1)根据实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据范围可知：电压变化的最大值为2.8 V，所以电压表选A；电流变化的最大值为30 mA，所以电流表选C.
(2)电压、电流要从0测起，所以滑动变阻器应该用分压式；二极管的电阻更接近电流表的内阻，电流表应该用外接法．实物图的连接如图所示．
(3)根据题意可知当开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最左端．
(4)根据表中数据，在图上描出各点，用平滑的曲线连接起来．如图所示．
(5)图线的斜率表示电阻的倒数，故随电压的增大，电阻减小．
(6)根据I-U图线，可知当二极管的工作电压为1.9 V时，
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工作电流约为10 mA，串联电阻上分得的电压应为1.1 V，故应串联的电阻为R＝110 Ω.
答案：(1)A C (2)见解析图 (3)左
(4)见解析图 (5)减小 (6)110
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