2020年高考物理实验题强化专练-伏安特性曲线含答案

实验题强化专练-伏安特性曲线

一、实验题（本大题共5小题，共50.0分）

1. 某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线．他们在实验中测得电器元

件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：

U/V 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 现备有下列器材：A．内阻不计的6V电源； B．量程为0～3A的理想电流表； C．量程为0～0.6A的理想电流表； D．量程为0～3V的理想电压表；

E．阻值为0～10Ω，额定电流为3A的滑动变阻器； F．电键和导线若干．

（1）这个实验小组在实验中电流表选的是______．（填器材前面的字母） （2）分析上表内实验数据可知，在方框内画出实验电路图．

（3）利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而

______（填“变大”、“变小”或“不变”）；

（4）若把用电器Z接入如图2所示的电路中时，电流表的读数为0.10A，已知A、B两端电压恒为1.5V，则定值电阻R0阻值为______Ω．

2. “二极管是非线性元件，它的电阻与通过的电流大小有关”．为了探求真知，实验

室提供一个LED蓝光二极管．（1）首先利用多用电表对它正接时的电阻进行粗略测量，如图甲所示，下列说法正确的是______ （填序号）． A．欧姆表的表笔A、B应分别接二极管的C、D端 B．双手握住两表笔金属杆，测量值将偏大 C．若采用“×100”倍率测量时，发现指针偏角过大，应换“×10”倍率，且要重新进行欧姆调零 D．若采用“×10”倍率测量时，发现指针位于刻度“15”与“20”的正中央，测量值应略大于175Ω

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（2）为了正确描绘出该二极管正接时的伏安特性曲线，可供选择的器材如下： 直流电源E：（电动势为3V，内阻不计） 电流传感器mA：（量程-10mA～+10mA，相当于理想电流表，能较为精确测出通过二极管的电流）

电压表V：（量程1V，内阻为1kΩ） 定值电阻R0：（阻值为2kΩ）

滑动变阻器R1：（0～10Ω） 滑动变阻器R2：（0～1000kΩ）

①实验中滑动变阻器应选______ （选填“R1”或“R2”）； ②请在图乙方框中画出实验电路原理图； ③实验记录的8组数据如表所示，其中7组数据的对应点已经标在图丙的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出I-U图象； I（mA） 0 U（V） 0 0.10 0.61 0.31 0.96 0.61 1.52 0.78 2.03 1.20 2.35 3.10 2.64 5.00 2.75 ④由所绘制图象可知，他选用的LED蓝光二极管是______ （选填“线性”或“非线性”）电学元件．

3. 某研究性学习小组的同学欲做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验。已知所用小电

1.2W，珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、实验使用的直流电源的电动势为3.0V，

内阻忽略不计，实验可供选择的器材规格如下 a．电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω） b．电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω） c．电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ） d．电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω） e．滑动变阻器R1（阻值0～10，额定电流1A）

f．滑动变阻器R2（阻值0～5000，额定电流500mA） 请回答下列问题：

（1）为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择______，电压表应选择______、滑动变阻器应选择______（填写实验器材前的序号）

（2）根据所选的实验器材，请设计合理的电路原理图来完成该实验

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（3）该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小电珠两端的电压U和通过该小电珠的电流，由欧姆定律计算得到的小电珠的电阻值______（选填“大于”“等于“或“小于“）真实值

（4）该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据，并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图，如图所示，该图线向下弯曲，其原因是______。 （5）如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，并接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率应为______W（结果保留两位小数）

4. 要描绘标有“2.5V 0.2A”字样的小灯泡的伏安特性曲线，长郡中学的小兰同学做了

以下实验。可供选择的实验器材有： a．直流电源3V（内阻不计）

b．直流电流表（量程为300mA，内阻约为5Ω） c．直流电流表（量程为3A，内阻约为0.1Ω） D．直流电压表（量程为3V，内阻约为30kΩ）

e．滑动变阻器（最大阻值为100Ω，额定电流为0.5A） f．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，额定电流为2A） g．开关一个，导线若干

（1）实验中电流表应选用______，滑动变阻器应选用______；（填对应器材前的字母序号）

（2）在如图1所示的虚线框中画出正确的实验电路图（虚线框中已将部分电路画出，请补齐电路的其他部分）；

（3）将如图2所示的实物图连接完整；

（4）开关闭合前，图1中滑动变阻器的滑片应滑至______（填“a”或“b”）端，图2中滑动变阻器的滑片应滑至最______（填“左”或“右”）端。

5. 热敏电阻包括正温度系数电阻器（PTC）和负温度系数电阻器（NTC）．正温度系

数电阻器（PTC）在温度升高时电阻值越大，负责温度系数电阻器（NTC）在温度升高时电阻值越小，热敏电阻的这种特性，常常应用在控制电路中．某实验小组选

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用下列器材探究通过热敏电阻Rx（常温下阻值约为10.0Ω）的电流随其两端电压变化的特点，如图所示．

A．电流表A1（量程100mA，内阻约1Ω） B．电流表A2（量程0.6A，内阻约0.3Ω）

C．电压表V1（量程3.0V，内阻约3kΩ） D ．电压表V2（量程15.0V，内阻约10kΩ） E． F ．滑动变阻器R（最大阻值为10Ω）滑动变阻器R′（最大阻值为500Ω） G．电源E（电动势15V，内阻忽略） H ．电键、导线若干

①实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，请在所提供的器材中选择必需的器材，应选择的器材为电流表______；电压表______；滑动变阻器______．（只需填写器材前面的字母即可）

②请在所提供的器材中选择必需的器材，在图1虚线框内画出该小组设计的电路图．

③该小组测出热敏电阻R1的U-I图线如图2曲线I所示．请分析说明该热敏电阻是______ 热敏电阻（填PTC或NTC）．

④该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U-I图线如图2曲线II所示．然后又将热敏电阻R1、R2分别与某电池组连成电路如图3所示．测得通过R1和R2的电流分别为0.30A和0.60A，则该电池组的电动势为______V，内阻为______Ω．（结果均保留三位有效数字）

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答案和解析

1.【答案】（1）C（2）如图（3）变大（4）10

【解析】解：（1）：由数据表可知，电路中的最大电流为0.215A，所以电流表应选择C；

（2）：从数据表可知要求电流从零调，所以变阻器应采用分压式接法；

由于电流表与电压表均为理想电表，所以电流表采用外接法和内接法均可，电路图如图所示：

或

（3）：根据欧姆定律可知，，可知元件电阻随U的变大而变大．

（4）：由I-U图象可读出电流I=0.1A时，对应的电压U=0.5V，所以元件Z的电阻为=

=5Ω；

==

=15Ω，可解得

=15Ω-5Ω=10Ω．

由电路图可知，

故答案为：（1）C （2）如图 （3）变大 （4）10

本题（1）的关键是根据数据表中的最大电流来选择电流表的量程；题（2）的关键是通过电流从零调可知变阻器应采用分压式接法；题（3）根据R=

可知电阻随U的增大

而增大；题（4）关键是先由表示元件Z的I-U图象求出元件的电阻，然后再结合电路图可知求出的值应是定值电阻

与待测元件Z的电阻之和，即可解出

的值．

应明确以下问题：①要根据电路中的最大电流来选择电流表的量程；②若要求电流从零调时，变阻器应采用分压式接法；③注意的含义．

2.【答案】AC；R1；非线性

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【解析】解：（1）A、根据欧姆表的改装原理和表头偏角与电流方向的关系可知，黑表笔应与表内电池的正极相连，与插孔的“-”极相连，所以图甲中的表笔A、B应分别接二极管的C、D端相连，故A正确；

B、测量时若双手捏住两表笔金属杆，测量的就是待测电阻与人体的并联电阻，由于并联电阻小于任一支路的电阻，所以测量结果会偏小，所以B错误；

C、当欧姆表的指针偏角过大时，说明待测电阻的阻值较小，即所选的倍率过大，应选择倍率较小的挡，所以C正确；

D、根据欧姆表的改装原理可知，表盘刻度不均匀“左密右稀”且越往左阻值越大，若刻度均匀时待测电阻应是10×

=175Ω，所以待测电阻的阻值应小于175Ω，所以D

错误；

故选：AC．

（2）①描绘伏安特性曲线实验要求电流从零调，变阻器应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器R1以方便调节；

②当电流表内阻很小或不计时，根据欧姆定律可知电流表应用内接法，所以应将电流传感器与二极管串联后再与电压表并联，由于电压表量程为1V小于电源电动势3V，可考虑将电压表与定值电阻R0串联以扩大量程，则改装后的电压表量程为U′=U+R0=1+×2=3V，符合要求，电路图如图所示：

③画出的I-U图象如图所示：

④由I-U图象可知，二极管是非线性电学元件．

故答案为：（1）AC；（2）①R1；②如图；③如图；④非线性

（1）根据欧姆表改装原理及电流表指针偏转方向与电流方向的关系即可求解；根据并联电阻小于任一支路的电阻即可求解；应明确欧姆表指针偏角过大说明待测电阻的阻值较小，即所选倍率过大，应选择倍率较小的挡；根据欧姆表表盘刻度不均匀且“左密右稀”可知，阻值应小于刻度均匀时对应的电阻．

（2）①应明确电流从零调时变阻器应采用分压式接法，且变阻器阻值越小调节越方便； ②应明确电流表内阻很小时应有电流表外接法，由于电压表量程过小可考虑进行改装以扩大量程；

③认真描点然后用平滑的曲线连接即可； ④明确I-U图象是曲线即为非线性即可．

本题应明确：①欧姆表内部电池的正极应与黑表笔相连，但黑表笔应插入多用电表的“-”插孔；②当电表的量程过小时，应考虑进行改装以扩大量程；③当变阻器采用分压式接法时，应选择阻值小的变阻器以方便调节．

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3.【答案】（1）a ；c ；e

（2）

（3）小于

（4）小电珠的电阻随温度升高而增大 ；0.55

【解析】解：（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表应选c；由表中实验数据可知，最大电流为0.49A，电流表选a；为方便实验操作，滑动变阻器应选e；

（2）描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由表中实验数据可知，灯泡最大电阻约为3.7Ω，电压表内阻约为2kΩ，灯泡电阻阻值远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，电路图如图甲所示；

；

（3）由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流经灯泡的电流偏大，故根据欧姆定律

测量电阻偏小，即计算得到的小电珠的电阻值小于真实值；

（4）I-U图象的斜率表示电阻的倒数，由图象可知，电阻随着电压的增大而增大，其原因是灯泡的电阻随温度的增大而增大；

（5）将定值电阻与电源等效为内阻为2.0Ω，电动势为3.0V的电源，由闭合电路欧姆定律得：U=3.0-2.0I，将路端电压与电流的关系图象做入图象中，如图所示：

由图可知，U=1.28V，I=0.43A，所以灯泡的实际功率为：P=UI=0.55W 故答案为：（1）a、c、e； （2）

；

（3）小于；

（4）小电珠的电阻随温度的升高而增大；

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（5）0.55。

（1）根据灯泡额定电压选择电压表，根据灯泡额定电流选择电流表，在保证电路安全的情况下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器。

（2）描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，根据灯泡电阻与电表内阻的关系确定电流表接法，然后作出电路图。 （3）根据电路原理图进行误差分析；

（4）根据I-U图象中斜率表示电阻倒数，结合图线规律找图线向下弯曲的原因；

（5）把定值电阻等效到电源内部，然后做出等效电源的伏安特性曲线，然后分析求解。 本题考查了选择实验器材、作实验电路图、作灯泡的伏安特性曲线、分析灯泡电阻随温度的变化规律；确定滑动变阻器与电流表的接法是正确设计实验电路的关键。 4.【答案】（1）b；f；

（2）；

（3）；

（4）b；左。

【解析】【分析】

本题考查了实验器材的选择，要掌握实验器材的选择原则；根据题意确定电流表是设计实验电路、连接实物电路图的前提与关键，当电压表内阻远大于待测电阻阻值时，电流表采用外接法，当待测电阻阻值远大于电流表内阻时，电流表采用内接法。

（1）根据灯泡额定电流选择电流表，为方便实验操作应选择最大阻值较小的滑动变阻器；

（2）根据题意确定电流表的接法，然后完成实验电路图； （3）根据实验电路图连接实物电路图；

（4）滑动变阻器采用分压接法时，闭合开关前滑片要置于分压电路分压为零的位置，滑动变阻器采用限流接法，闭合开关前滑片要置于阻值最大位置。 【解答】

（1）由题意可知，灯泡额定电流为0.2A=200mA，电流表应选择b；为方便实验操作，滑动变阻器应选择f。

（2）灯泡正常发光时的电阻：R===12.5Ω，由题意可知，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应蔡阿姨外接法，电路图如图所示：

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（3）根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：

（4）滑动变阻器采用分压接法，开关闭合前，中滑动变阻器的滑片应滑至b端；滑动变阻器采用分压接法，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端。

b；f；故答案为：（1）（2）；（3）；

（4）b； 左。

5.【答案】（1）B ；D ；E

（2）

（3）PTC

（4）10.0 ； 6.67

【解析】解：①由于实验要求电压从零调，所以变阻器应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器E以方便调节；

根据电源电动势为15V可知电压表应选D；

电压表的最小电压应为量程的即5V，常温下热敏电阻的电阻为10Ω，所以通过热敏电阻的最小电流应为Im= A=0.5A，所以电流表应选B；

②由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，又变阻器采用分压式接法，电路图如图所示：

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③根据U=RI可知，图象上的点与原点连线的斜率等于待测电阻的阻值大小，从图线Ⅰ可知电阻各点与原点连线的斜率逐渐增大，所以电阻随电压（温度）的增大而增大，即电阻是正温度系数，所以该热敏电阻是PTC；

④在闭合电路中，电源电动势：E=U+Ir，由图2可知，电流为0.3A时，电阻R1两端电压为8V，电流为0.60A时，电阻R2两端电压为6.0V，则：E=8+0.3r，E=6+0.6r，解得：E=10.0V，r=6.67Ω.

故答案为：①B，D，E；

②如图 ③PTC

④10.0，6.67

（1）明确实验要求电压从零调时，变阻器应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器以方便调节；应根据电源电动势的大小来选择电压表的量程；通过求出通过待测电阻的最小电流来选择电流表的量程．

（2）根据待测电阻远小于电压表内阻可知电流表应用外接法．

（3）关键是明确U-I图象中图线的点与原点连线的斜率等于待测电阻的阻值，通过比较斜率大小即可求解．

（4）根据U-I读出R1和R2两端的电压，然后根据闭合电路欧姆定律列式求解即可． 本题考查了实验器材的选择、设计实验电路、判断电阻类型、求电源电动势与内阻；确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的关键；当实验要求电压从零调时，变阻器应采用分压式接法，变阻器的阻值越小越方便调节；当待测电阻阻值远小于电压表内阻时电流表采用外接法．

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