题目内容
【题目】某小组同学准备探究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验器材有:干电池2节,滑动变阻器(20Ω,1A)、电流表、电压表、开关各一个,不同阻值的定值电阻及导线若干,图甲是他们连接的实验电路。
(1)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片P移到B端这样操作的目的是为了_____
(2)闭合开关后,他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置,电压表示数为0.7V,电流表示数如图乙所示,接着继续探究,把所测数据填在了下表中
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
电压U/V | 0.7 | 1 | 1.1 | 1.5 | 1.7 |
电流I/A | 0.18 | 0.20 | 0.26 | 0.30 |
①图乙中电流的示数为_____A。
②图丙是以电流I为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系,请根据他们所测数据、在坐标系中描点,画出I﹣U图象,并标标记为a。
(________)
(3)图丙中b、c、d三条I﹣U图象,是其他组同学选择5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻,按图甲电路测量数据所画。
①单独分析图丙中每条I﹣U图象,可以得到的结论是_____。
②该小组同学发现,分析图丙中的I﹣U图象,还能得到:“当导体两端电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”这一规律。请写出分析方法:_____。
③验证②中的规律,该小组的同学选择了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻,准备分别接入图甲电路,测量电流进行探究,有同学提议:既然探究时需要保持电阻两端电压不变,图甲中可以不用连接滑动变阻器和电压表。他们按照提议分别将三只电阻由小到大接入电路,闭合开关后,读出电流表示数分别为0.42A,0.24A,0.13A,发现无法验证②中的规律。于是他们计划仍按图甲进行探究,分析测量数据后,选定准备加在电阻两端的电压值U.为确保完成验证,则这个电压值U的范围为_____。
A.1.5V<U≤3V B.1.3V<U<2.1V C.1.3V<U≤2.6V D.2.1V<U<2.6V
【答案】保护电路; 0.12 电阻一定时,电流与电压成正比 见解析 B
【解析】
(1)[1]为保护电路,闭合开关前,滑片必须处于最大阻值处,即应将滑动变阻器的滑片P移到B端;
(2)①[2]图乙中电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流表的示数为0.12A;
②[3]图丙是以电流I为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系,根据他们所测数据、在坐标系中描点,画出IU图象,并标记为a,如下所示:
(3)①[4]单独分析图丙中每条IU图象,因为过原点的直线,故可以得到的结论是电阻一定时,电流与电压成正比;
②[5]由上图知,当电压为0.8V时,对应的电流大小约为0.032A、0.066A、0.13A,结合电阻大小分别为20Ω、10Ω、5Ω,考虑到误差因素,电流与对应的电阻之积为一定值,故还能得到:当导体两端电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”这一规律;分析方法采用了控制变量法;
③[6]根据欧姆定律I=有U=IR,3次实验中电阻的电压分别为2.1V、2.4V、2.6V,都小于电源电压3V,是因为电源有内阻的原因;设电源本身的电压为E,对外(R与R'串联)提供的电压为U,根据电阻的串联和欧姆定律可得,电路中的电流:
I=,
由欧姆定律,R与R'获得的电压为:
U=I(R+R′)=×(R+R′),
故有:
==+=+×,
由数学知识得,对外提供的电压U的倒数与串联电阻(电源内阻r之外的电阻)的倒数为一次函数的关系,即为:
=k+b,
根据该小组的同学选择了5Ω、10Ω的定值电阻,电源内阻r之外的电阻获得的电压分别为2.1V、2.4V,将已知量代入上式:
=k× +b,
=k× +b,
解方程组得:k=,b=,故这个一次函数关系式为:
=×+,
他们计划仍按图甲进行探究,因要控制当电阻的电压值U为一定值,根据串联电路电压的规律,变阻器分的电压也为一定值,由分压原理,定值电阻和变阻器分得的电压之比为一定值,故当电阻为20Ω时,变阻器连入电路中的电阻最大为20Ω,此时的总电阻为40Ω,代入这个关系式:
=× +,
解得:U=2.6V。变阻器与电阻的电阻相等,根据分压原理,故电压表示数为1.3V;
当电阻最小为5Ω时,电路中的电流最大,变阻器连入电路中的电阻最小,此时电压表有最大值,当变阻器电阻连入电路中的电阻为0时,将5Ω代入这个关系式:
=× +,
故:U=2.1V。
综上,他们计划仍按图甲进行探究,分析测量数据后,选定准备加在电阻两端的电压值U,为确保完成验证,则这个电压值U的范围为:
1.3V<U<2.1V.
故选B。
【题目】阅读短文,回答问题:
太阳能路灯
图甲是我校路道两边的太阳能路灯,它由太阳能电池板、控制器、24V的蓄电池组、LED发光二极管、灯杆等元件组成.它的结构示意图如图乙,工作时能量流程图如图丙。
LED发光二极管是一种半导体器件,它具有工作电压低(2~4V)、耗能少、寿命长、对环境无污染、电压改变时多色发光等优点.它与普通的白炽灯发光原理不同,可以把电直接转化为光.实验测得某种LED发光二极管两端加不同电压时的电流,数据如下表:
电压/V | 1 | 1.5 | 2.0 | 2.3 | 2.5 | 2.8 | 3.0 | 3.3 | 3.5 | 3.6 | 3.7 |
电流/mA | 0 | 0 | 0 | 5 | 10 | 60 | 160 | 380 | 690 | 900 | 1250 |
发光色彩 | 无 | 无 | 无 | 浅蓝 | 深蓝 | 乳白 | 亮白 | 浅黄 | 深黄 | 浅红 | 深红 |
(1)从能量转化角度,流程①中的蓄电池相当于_______(电源/用电器)。
(2)如图乙所示,晚上LED发光二极管点亮时控制开关S与_______(a/b/c)触点接触。
(3)为使LED发光二极管发出“亮白”色的光,应将_______个LED发光二极管_______(串联/并联)才能使用。
(4)这种LED发光二极管的电压从2.5V变化到3.6V时,LED的电功率增加了_______W。
(5)下列哪一幅图像所反映的关系符合LED发光二极管的特征? (____________)
A. B. C. D.