2020届高考物理 实验专题：描绘小灯泡的伏安特性曲线

2020高考物理 实验专题：描绘小灯泡的伏安特性曲线 1. 在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，测量电路U

中电流表的连接方式如图甲或乙所示，结果由公式Rx＝I计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的读数；若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1______(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

答案 Rx1 大于 小于

2. 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，某同学测得电流—电压的数据如下表所示：

(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线。

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(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系，已作出电阻随电流的变化曲线如图所示；请指出图线的特征，并解释形成的原因。

答案 (1)如图所示

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(2)电阻随电流增大存在三个区间，电阻随电流的变化快慢不同。第一区间电流很小时，电阻变化不大；第二区间灯丝温度升高快，电阻增大快；第三区间部分电能转化为光能，灯丝温度升高变慢，电阻增大也变慢。

3. 某学习小组欲探究小灯泡(“3 V、1.5 W”)的伏安特性，可提供的实验器材如下：

A．电池组：电动势约4.5 V，内阻可不计；

B．双量程的电压表：V1：量程为0～3 V、内阻约为3 kΩ；V2：量程为0～15 V、内阻约为15 kΩ

C．双量程的电流表：A1：量程为0～0.6 A、内阻约为1 Ω；A2：量程为0～3 A、内阻约为0.1 Ω

D．滑动变阻器R：阻值范围为0～10 Ω、允许通过的最大电流为2 A；

E．开关S，导线若干。

在尽量提高测量精度的情况下，请回答下列问题：

(1)根据以上器材，用笔画线代替导线将图甲中的实物图连接成完整电路。

(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到________(填“A”或“B”)端。

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(3)调节滑动变阻器得到电压、电流数据如下表，请在如图乙所示的坐标纸上画出小灯泡的U－I图线。

(4)根据图线可估得小灯泡在常温下的电阻约为________Ω。(结果保留两位有效数字)

答案 (1)见答案 (1)C E (2)实验电路如图所示

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(3)实验电路如图所示

4. 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。

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(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。

答案 (1)见答下列问题：

(1)实验中选择滑动变阻器__________(填“R1”或“R2”)。 (2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。

(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变。计算可得电压表的内阻为__________ Ω。(结果保留到个位)

(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为__________。(填选项字母)

A．100 μA B．250 μA

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C．500 μA D．1 mA 答案 (1)R1 (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D

5. 如图甲所示为某同学实验得到的小灯泡灯丝电阻的U－I关系曲线图。

(1)在图乙中画出实验电路图(根据该电路图可得到U－I关系的完整曲线)，可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器(变化范围0～50 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。

(2)如果将该小灯泡分别接入图丙、丁两个不同电路，其中丙电路的电源为一节干电池，丁电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为1.5 V，内电阻为1.5 Ω，定值电阻R＝18 Ω。则接入________(填“丙”或“丁”)电路时，小灯泡较亮些。

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(3)在电路丁中，小灯泡消耗的电功率为________ W。 (4)若将电路丁中的电阻R替换为另一个完全相同的小灯泡，其他条件不变，则此时电源内部的发热功率为______ W。

答案 (1)实验电路图如图所示。

(2)丙 (3)0.15 (4)0.30

6. 硅光电池在无光照时不产生电能，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V1量程选用3 V，内阻为6.0 kΩ；电压表V2量程选用15 V，内阻约为30 kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12 V，内阻不计。

(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。

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(2)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V1、V2的示数U1、U2。

①某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝______ V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________ mA。(结果保留两位小数)

②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和通过的反向电流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。

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③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。

答案 (1)连线见答案 (1)如图所示 (2)B

7. 某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100 μA，内阻大约为2 500 Ω)的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω，另一个阻值为2 000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。

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(1)按原理图甲将图乙中的实物连接起来。 (2)完成下列填空：

①R1的阻值为________(填“20”或“2 000”)Ω。

②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图甲中的滑动变阻器的________(填“左”或“右”)端对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。

③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”)。

④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为________Ω。(结果保留到个位)

(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_______________。 答案 (1)连线见答案 (1)A (2)①③②(或①②③)

(3)如图所示 0.04t＋8.8(0.04t＋8.6～0.04t＋9.0都算对)

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8. 霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性发展。如图所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH为霍IB

尔电压，且满足UH＝kd，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。 (1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线连接。

(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10

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T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示。 I/(10－3 A) UH/(10－3 V) 3.0 1.1 6.0 1.9 9.0 3.4 12.0 4.5 15.0 6.2 18.0 6.8 根据表中数据在如图所示的坐标纸上画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10－3 V·m·A－1·T－1。(保留两位有效数字)

(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图所示的测量电路。S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷

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向________(填“a”或“b”)，S2掷向________(填“c”或“d”)。

为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中，在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串接在相邻器件________和________之间。(填器件代号)

答案 (1)M (2)如图所示 1．5(1.4～1.6)

(3)b c S1 E(或S2E)

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