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期末复习总动员·高中
12

一、2010

1.(安徽理综-21-Ⅱ)太阳能是一种清洁“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池,太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件,某实验小组根据测绘小灯炮伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电能在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。

1)为了达到上述目的,请将图中的电路图连成一个完整的实验电路图。

2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图右的I-U图像,由图可知,当电压小于2.00V时,太阳能电池的电阻     (填“很大”或“很小”);当电压为2.80 V时,太阳能电池的电阻约为    Ω

解析:本题以研究太阳能电池的I-U特性为背景,考查伏安法的基本原理与方法。由于题中说明“太阳能电池在没有光照时,可以视为一个电学器件”,且“没有储存电能”,因此本实验与平时做过的这类实验大同小异。由于需要电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;至于安培表的接法,题中已经给出是外接法。故实验电路如下图所示。

从已绘出的I-U图像可以看出,当电压小于2.00 V时,电流几乎一直为零,太阳能电池的电阻“很大”; 当电压为2.80 V时,读出电流约为2.8mA,由欧姆定律可得:

【点评】探究导体的伏安特性曲线实验,电路的设计主要是滑动变阻器的接法选择,由于需要电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;其次是根据导体的电阻、电流表内阻、电压表内阻三者的大小比较,确定安培表是“内接”还是“外接”。对于非线性元件,伏安特性曲线的应用主要有两个方面,一是计算导体在不同电压时的电阻,二是计算导体在不同电压时的功率。

2.(浙江理综-21-Ⅱ)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:

 

电流I/mA

2.7

5.4

12.4

19.5

27.8

36.4

47.1

56.1

69.6

81.7

93.2

电压U/V

0.04

0.08

0.21

0.54

1.30

2.20

3.52

4.77

6.90

9.12

11.46

 

1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线;

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

解析:本题以“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验为背景,考查由实验数据做出图像的能力,对实验结论(图像)进行评价与解释的能力。

1)合理选取坐标刻度,描点连线,做出伏安特性曲线如图所示。

2)由图可以看出,灯丝的电阻随电流的增加而逐渐增大,但整体上看并非线性关系。电阻随电流增大而增大,主要原因是由于电流增大,电流热功率增大,灯丝温度升高,引起灯丝电阻率增大,灯丝电阻增加。从图像斜率变化可以看出,电阻随电流的变化可分为三个阶段,第一阶段:电流较小时,随电流的增大,电阻几乎不变。这是由于电流的热功率较小,产热与放热基本平衡,灯丝温度几乎不变,电阻几乎不变。第二阶段:电流较大时,电流热功率增大,产热大于散热,灯丝温度较快上升,电阻较快增大。第三阶段:当电流进一步增大时,灯丝温度更高,这时大量的内能转化成光能,灯丝温度升高变缓,电阻增加变缓。

【点评】白炽电灯的灯丝,工作时是将电能转化成内能,灯丝温度升高,然后将内能转化成光能。

3.(重庆理综-22-2)在探究小灯泡的伏安特性实验中,所用器材有灯泡L,量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等,要求灯泡两端电压表U从零开始变化。

实验中滑动变阻器应采用______ 接法(“分压”或“限流”);

某同学已连接如图所示的电路,在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前,请指出其中仅有的2个不当之处,并说明如何改正。

A_______________    B_________________

③电路连接正确后,分别测得两只灯泡L1L2 的伏安特性曲线如图中Ⅰ和Ⅱ所示,然后将灯泡L1L2与电池组(电动势和内阻均衡定)连成下图所示电路。多次测量后得到通过L1L2的电流平均值分别为0.30A0.60A

A.在下图中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线。

B.由该曲线可知电池组的电动势为____V,内阻为___Ω(取两位有效数字)

【点评】非线性导体在不同工作电压或电流时的电阻不同。

二、2011

4.(福建理综)某同学在探究规格为“6V3W”的小电珠伏安特性曲线实验中:

1)在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电珠的电阻,则应将选择开关旋至_______档进行测量。(填选项前的字母)

A.直流电压10V    B.直流电流5mA     C.欧姆× 100        D.欧姆× 1

2)该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围0~20Ω,额定电流1.0A),L为待测小电珠,V为电压表(量程6V,内阻20kΩ),A为电流表(量程0.6A,内阻),E为电源(电动势8V,内阻不计),S为开关。

在实验过程中,开关S闭合前,滑动变阻器的滑片P应置于最________端;(填“左”或“右”)

在实验过程中,已知各元器件均无故障,但闭合开关S后,无论如何调节滑片P,电压表和电流表的示数总是调而不零,其原因是______点至______点的导线没有连接好;(图甲中的黑色小圆点表示接线点,并用数字标记,空格中请填写图甲中的数字,如“2点至3点”的导线)

Ⅲ该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示,则小电珠的电阻值随工作电压的增大而____________。(填“不变”、“增大”或“减小”)

解析:本题是测量小电珠伏安特性曲线实验与电阻故障问题的综合。(1规格为“6V3W”的小电珠的正常工作电阻为:。未接入电路时的“冷态”电阻还要小点,一般多用电表的欧姆档中值电阻为“15”。因此,估测小电珠的电阻时,应选择欧姆档的“× 1”倍率。

2:本实验中,滑动变阻器为分压式接法,接通开关之前应使小电珠两端电压为零。所以,应将滑动变阻器的滑动片移至最左端。

:电压表、电流表的示数不能调为零,说明电路中是有电流的,电路的串联部分是完好的,只能是“1”和“5”之间是断路的,即“1”点至“5”点的导线没有接好;

Ⅲ:伏安特性曲线上各点的U轴坐标与I轴坐标之商,就是导体在该电压(或电流)时的电阻,由图像的弯曲情况可知,随工作电压的增大,电阻逐渐增大。

【点评】电路的常见故障是断路和短路,断路时外电路电流为零,端电压等于电源的电动势,短路时外电压为零,外电路电流不等于零。

5.(广东理综)描绘小电珠的伏安特性曲线验中,所用器材有:小电珠(2.5V0.6W),滑动变阻器,多用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干。

1粗测小电珠的电阻,应选择多用电表_____倍率的电阻挡(请填空“×1、“×10或“×100);调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图甲,结果为______Ω

(2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图乙完成实物图并中的连线。

(3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于_________端。为使小电珠亮度增加,P应由中点向________端滑动。

(4)下表为电压等间隔变化测得的数据。为了获得更准确的实验图像,必须在相邻数据点_______间多测几组数据(请填写abbccddeef

数据点

a

b

c

d

e

f

U/V

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

I/A

0.000

0.122

0.156

0.185

0.216

0.244

解析:本题是测量导体的伏安特性曲线实验与多欧姆表测电阻实验的综合。(1)应选“×1”倍率的电阻档(分析同例1),因此,用多用电表欧姆档测得小电珠的电阻(欧姆表测电阻,不需估读。)

2)实验中,电路的最大电流为小电珠的正常工作电流,为:。所以,电流表选0-0.6A量程;多用电表的红表笔相当于电压表的“+”的正接线柱;实验中需要小电珠两端电压从0开始变化至2.5V。所以,滑动变阻器要接成分压式。按电路图连接实物,如图所示。

3)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑片P置于“a”端(分析同例1)。为使小电珠亮度增加,就应是小电珠两端电压增大,应将P由中点向“b”端滑动。

4)分析表中数据可以看出,b组以后各组数据,小电珠的电流随电压几乎线性增加,对应图像接近直线,而ab两组数据显示,这一段,电流不随电压线性变化,即小电珠伏安特性曲线在这一数据段是非线性的,将出现明显弯曲。为使测出的这段图像更接近真实图像,应使测量点密集一些。因此,应在ab两数据点间多测几组数据。

【点评】在测量小电珠伏安特性曲线实验时,在灯丝开始发红时,改变电压时,相邻数据点电压变化量应较小,数据点应密集些。

三、2012

6.(安徽卷理综-21)下图测绘小灯泡伏安特性曲线实验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5 V

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1)完成下列实验步骤:闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,______闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,______断开开关,……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。

2)画出与实物电路相应的电路图。

解析: 1为了保护电表不被损坏,不会因为合上开关时电流过大而超过电表量程,应将滑片移至滑动变阻器的最左端,使滑动变阻器接入电路的阻值最大;要测绘小灯泡的伏安特性曲线,应增加小灯泡的电压,记下多组电流和电压值,要使数据有明显的变化,并且在移动滑动变阻器时要注意不得超过电表的量程。

2)如图所示,画电路图时应注意:电流表为外接法,滑动变阻器为分压接法。

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7.(四川卷-22)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:

小灯泡L,规格“4.0V0.7A”;电流表A1,量程3A,内阻约为0.1Ω;电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Ω;电压表V,量程3V,内阻rV=9kΩ;标准电阻R1,阻值;标准电阻R2,阻值3kΩ;滑动变阻器R,阻值范围0-10 Ω;学生电源E,电动势6V,内阻不计;开关S及导线若干。

甲同学设计了如图甲所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46 A时,电压表的示数如图乙所示,此时L的电阻为________Ω

乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V

学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图。并在图上标明所选器材代号。

解析:①由图乙知,电压表的读数为2.30 V,根据欧姆定律,L的电阻;②电压表与电阻R2串联,电压表两端的电压3V,根据串联电路电阻与电压的关系,电阻R2两端的电压为1V,灯泡L两端的电压为电压表和电阻R2两端的电压之和,即为4 V;③如图所示。

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三、2013

8.(上海物理-27(6)为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。

1)用多用表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻档测量,发现多用表指针偏转过大,因此需选择________倍率的电阻档(填:“×10”或“×1k”),并________再进行测量,多用表的示数如图(a)所示,测量结果为________Ω

2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连接成电路如图(b)所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。

本实验中使用多用表测电压,多用表的选择开关应调到________档(填:“直流电压10V”或“直流电压50V”)。

解析:指针偏转角度过大,是由于陪率较大,应减小为“×10”,电阻调零后重新测量,图中的测量结果为70Ω;多用电表作为电压表使用测量电压,由于待测原件额定电压为9V。因此实验时应将多用电表的选择开关调到“直流10V”档。

9.(天津理综-9)要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5V,内阻约);电流表(量程为0~250mA,内阻约);电压表(量程为0~3V,内限约3kΩ);电键一个、导线若干。

实验中所用的滑动变阻器应选下列中的          (填字母代号)。

A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A

B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)

实验的电路图应选用下列的图           (填字母代号)。

实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为50Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是        W

解析:由“3V 0.6W”及可知,小电珠的电阻约为15Ω。实验中需要小电珠两端电压从零开始增加,滑动变阻器应采用分压式接法,选最大电阻较小的滑动变阻器A;电流表电阻接近于小电珠电阻而电压表电阻远大于小电珠电阻,电流表应外接。因此,实验电路采用D;在小电珠的I-U图像上再做出电动势为1.5V,内阻为50Ω的电源的I-U图像,由两图像交点可求出小灯泡消耗的功率约是0.1W

四、2014

10.(浙江理综-23)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电阻值。

1)下图(左)是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图中画出。

2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图(右)所示。在图中,由电流表外接法得到的数据点是用_______(填“”或“”)表示的。

3)请你选择一组数据点,在图上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻为______Ω

解析:(1)由坐标数据可知,电压表选0-3V量程。由于所测铅笔芯两端电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法。应再将电池负极与滑动变阻器的电阻丝左端接线柱连接。由于是电流表外接,应再将铅笔芯左右两端分别与电压表“-”和“3V”接线柱连接,电路连接如图5所示;(2)由于坐标横轴为电流I,纵轴为电压U,图线是过原点的直线,所测铅笔铅是线性原件,图像的斜率表示所测铅笔铅电阻。由于将“”标记连线得到的图像对应测量电阻较小,实验时电流表应是外接法;(3)由“”标记所连图像斜率可知,铅笔铅的电阻约为1.6Ω,由“”标记所连图像斜率可知,铅笔铅的电阻约为1.2Ω

【点评】伏安法实验中,电流表内接将使电阻测量值偏大,电流表外接将使电阻测量值偏小。