课时梯级训练(17) 实验：描绘I U特性曲线（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(17)　实验：描绘I­U特性曲线 1．(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像，采用的实验电路图如题图1所示，为电压表，为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关。 (1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整。 　 (2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表： 电压 U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750 电流 I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50 请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I-U图线。 (3)根据作出的I-U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。 (4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。 A．电压和电流的测量误差增大 B．可能因电流过大烧坏待测元件 C．滑动变阻器允许的调节范围变小 D．待测元件两端电压的可调节范围变小 答案：(1)见解析图　(2)见解析图　(3)非线性　(4)BC 解析：(1)根据电路原理图，按着电流的方向进行实物电路图的连线，如图甲所示。 (2)由表格中的数据在题图上按着标度描出对应的各点，然后用平滑的曲线连接，使尽可能多的点位于曲线上，如图乙所示。 (3)根据作出的I-U图线可知，待测元件为非线性元件。 (4)根据电路的原理图可知，若用导线代替电路中的定值电阻R0，在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小，此时若调节滑动变阻器滑片，稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大，烧坏待测元件或电流表，B、C正确；电压测量值与待测元件两端电压一致，即测量值误差不变，A错误；去掉R0，导线不分电压，待测元件两端电压可调节范围变大，D错误。 2．(2021·全国甲卷)某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有： 小灯泡(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A) 电压表(量程300 mV，内阻300 Ω) 电流表(量程300 mA，内阻0.27 Ω) 定值电阻R0 滑动变阻器R1(阻值0～20 Ω) 电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω) 电源E(电动势6 V，内阻不计) 开关S、导线若干。 完成下列填空： 　　 (1)有3个阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300 mA的U-I曲线，R0应选取阻值为________Ω的定值电阻； (2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的________(填“a”或“b”)端； (3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图(b)所示。当流过电流表的电流为10 mA时，小灯泡的电阻为________Ω(保留1位有效数字)； (4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3 V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为________Ω。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示： U/mV 24.0 46.0 76.0 110.0 128.0 152.0 184.0 216.0 250.0 I/mA 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0 (5)由图(b)和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻________(填“增大”“减小”或“不变”)； (6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160 mA，可得此时小灯泡电功率P1＝________W(保留2位有效数字)；当流过电流表的电流为300 mA时，小灯泡的电功率为P2，则＝________(保留至整数)。 答案：(1)10　(2)a　(3)0.7　(4)2 700　(5)增大　(6)0.074　10 解析：(1)因为小灯泡额定电压2.5 V，电动势6 V，则移动滑动变阻器的滑片时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压U＝6 V－2.5 V＝3.5 V，则有R0＝ Ω≈11.7 Ω，则描绘小灯泡在0～300 mA的伏安特性曲线，R0应选取阻值为10 Ω的定值电阻。 (2)为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端。 (3)由题图(b)可知当流过电流表的电流为10 mA时，电压为7 mV，则小灯泡的电阻为R＝ Ω＝0.7 Ω。 (4)由题意知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3 V，有＝，解得R2＝2 700 Ω。 (5)由题图(b)和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大。 (6)根据表格可知当电流为160 mA时，电压表的示数为46.0 mV，根据(4)的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46 V，则此时小灯泡电功率P1＝0.46×0.16 W≈0.074 W，同理可知当流过电流表的电流为300 mA时，小灯泡两端电压为2.5 V，此时小灯泡电功率P2＝2.5×0.3 W＝0.75 W，故有＝≈10。 3．二极管具有单向导电性，电路符号是“”。实验小组想通过实验描绘某种型号的二极管正向导通时的伏安特性曲线，并从这种型号二极管说明书上得到其伏安特性曲线如图甲所示。 (1)根据实验室中已有如下的实验仪器，设计了如图乙所示的电路图。 A．干电池两节(每节电动势约1.5 V)； B．待测二极管； C．电流表(量程40 mA，内阻约几欧)； D．电流表(量程5 mA，内阻RA＝20 Ω)； E．滑动变阻器(阻值范围为0～10 Ω)； F．电阻箱(最大阻值为999 Ω)； G．导线、开关若干。 则图乙中电流表A1应选择________，电流表A2应选择________(填仪器前的字母)。 (2)若电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，电阻箱的阻值为R1，则此时二极管的电阻Rx 的表达式为Rx＝________。 (3)将电阻箱的阻值调至________Ω时，电流表A1恰好半偏，此时二极管的电压为1 V。 (4)根据图甲，要准确描绘此二极管在正向导通时的伏安特性曲线，应该在电流表A2的读数在________区间多测几组数据(选填“0～2 mA”或“2～6 mA”)。 答案：(1)D　C　(2)　(3)380　(4)2～6 mA 解析：(1)电流表A1要与电阻箱串联构成电压表，则A1要用已知内阻的电流表D；电流表A2应选择C。 (2)根据题图乙可知二极管的电阻Rx 的表达式为Rx＝。 (3)当电流表A1恰好半偏时，此时二极管的电压为1 V，则电阻箱的电阻R＝－RA＝(－20)Ω＝380 Ω。 (4)由题图甲可知此二极管在正向导通时的伏安特性中，当电流在2～6 mA区间图像弯曲的程度最大，可知要准确描绘此二极管在正向导通时的伏安特性曲线，应该在电流表A2的读数在2～6 mA区间多测几组数据。 4．某同学要研究一小灯泡L(3.6 V　0.30 A)的伏安特性，所用器材有： A．电流表A1(量程500 mA，内阻Rg1＝1.0 Ω) B．电流表A2(量程200 mA，内阻Rg2＝10.0 Ω) C．定值电阻R0(阻值R0＝10.0 Ω) D．滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω) E．滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω) F．电源E(电动势4.5 V，内阻很小) G．开关S和若干导线 (1)请在虚线框中画出你设计的实验电路图，要求尽可能测量准确，并注明所选仪器。 (2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg2和R0写出：小灯泡两端的电压U＝________。 (3)为保证小灯泡的安全，I2不能超过________mA。 (4)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2，所得实验数据如表所示。根据实验数据可算得，当I2＝144 mA时，灯丝电阻R＝________Ω(保留1位小数)。 I1/mA 171 229 299 379 424 470 I2/mA 32 55 85 125 144 173 答案：(1)见解析图　(2)I2(Rg2＋R0)　(3)180 (4)10.3 解析：(1)由于没有电压表，该同学需要用电流表A2和电阻R0串联改装成量程较为合适的电压表，滑动变阻器采用分压式接法，应该选择最大阻值较小的，有利于数据的测量，该同学设计的电路如图所示。 (2)并联电路两端电压相等，根据图示电路图，由欧姆定律可得，灯泡两端电压U＝I2(Rg2＋R0)。 (3)小灯泡的额定电压为3.6 V，I2的最大值I2max＝＝ A＝0.18 A＝180 mA，I2不能超过180 mA。 (4)由题表中数据可知，I2＝144 mA时，I1＝424 mA；由欧姆定律可得，此时灯泡电阻R＝＝＝ Ω≈10.3 Ω。 学科网（北京）股份有限公司 $$