2.5 实验：描绘I-U特性曲线 分层同步练习 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

5. 实验：描绘I-U特性曲线 一、基础巩固 1.以下是描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的操作步骤: A.闭合开关,记下电流表、电压表的一组示数(I,U),移动滑动变阻器的滑片位置,每移动一次记下一组(I,U)值,共测出12组左右的数据 B.将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路。电流表外接,滑动变阻器采用分压式,如图所示 C.调节滑片位置,使闭合开关前滑片处于滑动变阻器的左端 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 (1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,应如何改正?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)将各步骤纠正后,按实验先后顺序排列起来:　　　　　　。 2.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”的小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 B.直流电流表0~600 mA(内阻约为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应选用　　　(选填“D”或“E”)。  (2)下表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所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。 U/V I/A 0 0 0.5 0.17 1.0 0.30 1.5 0.39 2.0 0.45 2.5 0.49 3.某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”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。可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有: 电压表V1(量程0~3 V,内阻等于3 kΩ) 电压表V2(量程0~15 V,内阻等于15 kΩ) 电流表A1(量程0~200 mA,内阻等于10 Ω) 电流表A2(量程0~3 A,内阻等于0.1 Ω) 滑动变阻器R1(0~10 Ω,额定电流2 A) 滑动变阻器R2(0~1 kΩ,额定电流0.5 A) 定值电阻R3(阻值等于1 Ω) 定值电阻R4(阻值等于10 Ω) 定值电阻R5(阻值等于1 kΩ) 电源E(E=6 V,内阻不计) (1)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。 (2)该同学描绘出的I-U图像应是下图中的　　　。  二、能力提升 4.(2023秋·四川南充顺庆校级月考)下图为电阻A、B的伏安特性曲线,下列说法正确的是(　　) A.电阻A为线性元件,其阻值为0.2 Ω B.随着所加电压的增大,电阻B的阻值增大 C.电阻B的图线上某点切线的斜率为其相应状态的阻值 D.在两图线的交点P处,电阻A的阻值等于电阻B的阻值 5.有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”字样,现在要用伏安法描绘这个小灯泡的I-U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1.0 Ω) E.滑动变阻器(10 Ω,2 A) F.滑动变阻器(500 Ω,1 A) G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 (1)实验时,选用图(a)而不选用图(b)的电路图来完成实验,请说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (a) (b) (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)   (3)把图(c)中所示的实验器材按图(a)用笔画线代替导线连接成实物电路图。 (c) 6.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,已知待测小灯泡的额定电压为6 V,额定功率约为3 W,提供的器材有: 电流表A:量程为0.6 A,内阻约为0.5 Ω; 电压表V:量程为4 V,内阻为3 kΩ; 滑动变阻器R1(0~10 Ω,2 A); 滑动变阻器R2(0~500 Ω,1 A); 定值电阻R3=1 kΩ; 定值电阻R4=3 kΩ; 电源:为9 V; 开关一个,导线若干。 (1)实验中,应该选用的滑动变阻器是　　　,定值电阻是 　　　(填仪器的字母代号)。  (2)根据所给的器材,在虚线框中画出实验电路图。 7.某同学用如图(a)所示电路,测绘标有“3.8 V,0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图像。 (1)除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表:A1(量程100 mA,内阻2 Ω)、A2(量程0.6 A,内阻约0.3 Ω); 电压表:V1(量程5 V,内阻约5 kΩ)、V2(量程15 V,内阻约15 kΩ); 滑动变阻器:R1(阻值范围0~100 Ω)、R2(阻值范围0~2 kΩ); 电源:E1(电压为1.5 V)、E2(电压为4 V)。 为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表　　,电压表　　　,滑动变阻器　　　,电源　　　。(填器材的符号)  (a) (b) (2)根据实验数据,计算并描绘出R-U的图像如图(b)所示。由图像可知,此灯泡在不工作时,灯丝电阻为　　;当所加电压为3.00 V时,灯丝电阻为　　　,灯泡实际消耗的电功率为　　　 W。  (3)根据R-U图像,可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系。符合该关系的示意图是　　　。  参考答案 一、基础巩固 1.答案：(1)见解析　(2)BCAD 解析：(1)错误或不妥的步骤是A、C、D。A步骤:测量不同电压下的电流值I时,应先预设各组数据中的电压U或电流I值,而不是随意测,随意测时会使描点疏密不均匀,画图线时出现较大误差,甚至无法画出I-U图线。C步骤:闭合开关前应使小灯泡两端电压为零,即滑动变阻器滑片应置于滑动变阻器最右端。D步骤:应将各点用平滑的曲线连接起来。 (2)正确操作步骤顺序为BCAD。 2.答案：(1)D　(2)见解析图 解析：(1)实验中需测量多组数据,滑动变阻器用分压式接法,为了调节方便,滑动变阻器用阻值较小的,故选D。 (2)描点画图,如图所示。 3.答案：(1)如图所示　(2)B 解析：(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时,需要设计成滑动变阻器的分压接法,滑动变阻器应选择与小灯泡阻值相接近的R1。给出的元件电压表V1量程小于小灯泡的额定电压,电压表V2量程又太大,因此需要将电压表V1串联一个1 kΩ的定值电阻R5,改装成最大量程为4 V的电压表。给出的元件电流表A1量程小于小灯泡的额定电流,电流表A2量程又太大,因此需要将电流表A1并联一个10 Ω的定值电阻R4,改装成最大量程为400 mA的电流表。 (2)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大,所以该同学绘出的小灯泡的I-U图像应是B。 二、能力提升 4.答案：D 解析：电阻A的伏安特性曲线是直线,所以电阻A为线性元件,其阻值RA==5.0 Ω,故A错误;电阻B的图线上某点与原点的连线的斜率的倒数为其相应状态的阻值,由题图可知,随着电压的增大,各点与原点连线的斜率增大,电阻减小,故B、C错误;两图线的交点,U和I相等,由电阻的定义式R=可知此时A、B两电阻阻值相等,故D正确。 5.答案：(1)描绘小灯泡的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　(3)见解析图 解析：(1)由于测量数据要从零开始,故采用题图(a)所示的分压式电路,且能方便地多测几组数据。 (2)因小灯泡额定电压为4 V,则电压表选量程为0~5 V的电压表A。小灯泡的额定电流为I= A=0.5 A,则电流表选D。滑动变阻器应选最大阻值较小的E,这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化,从而减小读数误差。 (3)电路图如图所示。 6.答案：(1)R1　R4 　(2)见解析图 解析：(1)灯泡额定电压为6 V,电压表量程为4 V,需要把电压表与定值电阻R4串联组成新的电压表,使电压表量程扩大至8 V;电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法,灯泡正常发光时电阻约为 R= Ω=12 Ω,电流表内阻约为0.5 Ω,电压表内阻为6 kΩ,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,滑动变阻器应选择阻值较小的R1。 (2)实验电路图如图所示。 7.答案：(1)A2　V1　R1　E2　(2)1.5 Ω　11.5 Ω　0.78　(3)A 解析：(1)由于灯泡的额定电压为3.8 V,额定电流为0.3 A,电流表应选择A2,电压表应选择V1,电源应选择E2。由于电路为分压电路,为便于调节,滑动变阻器应选用阻值较小的R1。 (2)由R-U图像可以读出,当灯泡不工作时,其电阻为1.5 Ω。当电压为3.00 V时,其电阻为11.5 Ω,实际功率P==0.78 W。 (3)由P=可以排除C、D,由于灯泡不工作时电阻不为零,但电功率为零,所以选项A正确,B错误。 9 学科网（北京）股份有限公司 $