2024国庆期间重庆举办了“我爱你中国”灯光秀，灯光秀中一个发光单元是由三个相同的发光二极管和一个定值电阻R0串联而成，如图（a）中虚线框内的结构，供电电压为12V，通过查找资料可知，每个发光二极管的工作电压应在3~4V之间，允许流过的最大电流不超过30mA。为研究发光二极管的伏安特性，小庆同学设计了图（a）所示的电路进行实验。图中电源电压恒为12V，电压表的量程为0~2V、内阻为2.0kΩ，电流表量程为0~30mA、内阻很小可忽略。完成下列操作中的要求或填空：

1. 2024国庆期间重庆举办了“我爱你中国”灯光秀，灯光秀中一个发光单元是由三个相同的发光二极管和一个定值电阻R₀串联而成，如图（a）中虚线框内的结构，供电电压为12V，通过查找资料可知，每个发光二极管的工作电压应在3~4V之间，允许流过的最大电流不超过30mA。为研究发光二极管的伏安特性，小庆同学设计了图（a）所示的电路进行实验。图中电源电压恒为12V，电压表的量程为0~2V、内阻为2.0kΩ，电流表量程为0~30mA、内阻很小可忽略。完成下列操作中的要求或填空：

(1) 为完成实验并准确测量，定值电阻R_x应该选择（　　） A. 2.0kΩ B. 4.0kΩ C. 6.0kΩ D. 8.0kΩ

(2) 正确选择R_x后接通电源，将R的滑动触头从M端向N端滑动，记录多组电压表的示数U和电流表的示数I，并在图（b）中绘出了U-I图线。当电压表的示数为1.70V，电流表的示数为20.0mA时，不考虑电表内阻的影响，则一个发光二极管D的实际功率为mW（保留3位有效数字）；如果考虑电表内阻的影响，发光二极管D在通过某一电流时的实际功率（填“大于”“小于”或“等于”）由图（b）得到的测量值。

(3) 实验中测得R₀=50.0Ω，若将一个发光单元直接接到电动势为12V、内阻为50.0Ω的电源两端，则一个发光单元的实际功率约为mW（保留3位有效数字）。

【考点】

描绘小灯泡的伏安特性曲线;

【答案】

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实验探究题普通

1. 小明家里有一台小型的风扇灯，额定电压5.0V，额定功率约为2.5W，他想利用实验室的器材描绘出这台风扇灯的伏安特性曲线（ $\text{[math]}$ 图像）。在实验室中找到了导线、开关，还有以下器材：

A．电源E：电动势为6.0V

B．电流表 $\text{[math]}$ ：量程0~0.6A，内阻 $\text{[math]}$ 约为 $\text{[math]}$

C．电流表 $\text{[math]}$ ：量程0~150mA，内阻 $\text{[math]}$

D．定值电阻 $\text{[math]}$

E．定值电阻 $\text{[math]}$

F．滑动变阻器 $\text{[math]}$ ：最大阻值 $\text{[math]}$

G．滑动变阻器 $\text{[math]}$ ：最大阻值 $\text{[math]}$

(1) 为了便于调节，并能够实现在0~5.0V内范围内对风扇灯两端电压进行测量，实验中滑动变阻器应选用（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）；为尽可能精确测量实验数据，应选用定值电阻（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）和电流表（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）串联改装成电压表使用；

(2) 请帮助小明根据题中所给实验器材设计实验电路，并在图甲中将电路设计图补充完整（风扇灯用M表示）（注意：要在电路设计图中标上题干提供元件相应的符号）；

(3) 小明在实验过程中发现，流过风扇灯的电流读数小于0.15A时灯亮但风扇不转动。他通过实验描绘出 $\text{[math]}$ 图像如图乙所示，其中 $\text{[math]}$ 为电流表 $\text{[math]}$ 的读数、 $\text{[math]}$ 为电流表 $\text{[math]}$ 的读数。由实验描绘出的 $\text{[math]}$ 图像可知在（ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ）时，风扇灯的电阻为 $\text{[math]}$ （计算结果保留两位有效数字）。

实验探究题普通

2. 某兴趣小组在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，选用的小灯泡规格为“3V 1.5W”，电流表的内阻约为几欧姆。

(1)图1方框中是小组设计的电路图，请将其补充完整，并在图2中连接实物图；

(2)下表中的各组数据是在实验中测得的，根据表格中的数据，在图3坐标纸上补全数据点并作出该小灯泡的伏安特性曲线。由此图线可看出，小灯泡电阻随着温度的升高而（选填“变大”或“变小”）；

U/V	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
I/A	0	0.18	0.30	0.38	0.45	0.49

(3)如图4所示，将此小灯泡与阻值为3Ω的定值电阻R₀串联，接在电压恒定为1.5V的电路中，小灯泡的实际电阻约为Ω。

实验探究题普通

3. 某同学制作航模时发现电动机两端电压小于某一值时电动机无法转动，于是设计实验用传感器测量并描绘电动机的伏安特性曲线，图（a）为实验时的照片。

(1) 实验中滑动变阻器应选用式接法（选填“分压”或“限流”）；

(2) 图（b）为描绘的 $\text{[math]}$ 图线，由图可知该电动机的线圈电阻约为 $\text{[math]}$ （计算结果保留2位有效数字）；

(3) 不考虑线圈电阻的变化，不计摩擦阻力，电动机输入电压为2.0V时，电动机的机械功率约为W（计算结果保留2位有效数字）；电动机两端电压从3.0V增大到4.0V的过程中，电动机的机械功率随电压的增大而（选填“线性”或“非线性”）增大。

实验探究题普通