十年(14-23)高考物理真題分項匯編專題75 實驗六：描繪小燈泡的伏安特性曲線（含解析）

專題76實驗六：描繪小燈泡的伏安特性曲線1．（2023·全國·統(tǒng)考高考真題）某同學用伏安法測繪一額定電壓為6V、額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，實驗所用電壓表內(nèi)阻約為SKIPIF1<0，電流表內(nèi)阻約為SKIPIF1<0．實驗中有圖（a）和（b）兩個電路圖供選擇。（1）實驗中得到的電流I和電壓U的關系曲線如圖（c）所示，該同學選擇的電路圖是圖________（填“a”或“b”）（2）若選擇另一個電路圖進行實驗，在答題卡所給圖上用實線畫出實驗中應得到的關系曲線的示意圖______。【答案】a【解析】（1）[1]燈泡電阻SKIPIF1<0由U-I圖像可知，當U=6V時，I=0.5A，此時電阻SKIPIF1<0可知電表內(nèi)阻對電路的影響較小，因SKIPIF1<0，則該同學采用電流表外接法，則該同學選擇的電路圖是圖（a）。[2]若選用另一個電路圖即圖（b）實驗，會有U=U燈＋IRA則分別代入電流200mA、400mA、500mA，可知對應的電壓應為1.3V、4.0V、6.75V，描點連線有2．（2017·全國·高考真題）某同學研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）；電壓表SKIPIF1<0（量程3V，內(nèi)阻3kΩ）；電流表SKIPIF1<0（量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω）；固定電阻SKIPIF1<0（阻值1000Ω）；滑動變阻器R（阻值0~9.0Ω）；電源E（電動勢5V，內(nèi)阻不計）；開關S；導線若干。（1）實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0~3.8V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖_________。（2）實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻______（選填“增大”“不變”或“減小”），燈絲的電阻率______（選填“增大”“不變”或“減小”）。（3）用另一電源SKIPIF1<0（電動勢4V，內(nèi)阻1.00Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為______W。（結果均保留兩位小數(shù)）【答案】增大增大SKIPIF1<0/SKIPIF1<0/SKIPIF1<0【解析】（1）[1]小燈泡的電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡的額定電壓超出電壓表的量程，需將電壓表與SKIPIF1<0串聯(lián)后接入電路，由于小燈泡的電阻比較小，電流表采用外接法，電路圖如圖所示（2）[2][3]SKIPIF1<0圖像中隨著電流的增大，圖線上點與原點連線的斜率變小，則小燈泡的電阻增大，根據(jù)電阻定律SKIPIF1<0可知燈絲的電阻率增大。[4]當滑動變阻器R的阻值最大為9Ω時，電路中電流最小，小燈泡功率有最小值。根據(jù)閉合電路歐姆定律得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0在小燈泡的伏安特性曲線圖中，再畫此時小燈泡的SKIPIF1<0圖線，如圖取圖線乙與小燈泡伏安特性曲線交點：SKIPIF1<0SKIPIF1<0則小燈泡的最小功率為SKIPIF1<03．（2021·全國·高考真題）某同學用圖（a）所示電路探究小燈泡的伏安特性，所用器材有：小燈泡（額定電壓2.5V，額定電流0.3A）電壓表（量程300mV，內(nèi)阻300SKIPIF1<0）電流表（量程300mA，內(nèi)阻0.27SKIPIF1<0）定值電阻R0滑動變阻器R1（阻值0-20SKIPIF1<0）電阻箱R2（最大阻值9999.9SKIPIF1<0）電源E（電動勢6V，內(nèi)阻不計）開關S、導線若干。完成下列填空：（1）有3個阻值分別為10SKIPIF1<0、20SKIPIF1<0、30SKIPIF1<0的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在0~300mA的U-I曲線，R0應選取阻值為___________SKIPIF1<0的定值電阻；（2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的___________（填“a”或“b”）端；（3）在流過電流表的電流較小時，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電流表的示數(shù)U、I，結果如圖（b）所示。當流過電流表的電流為10mA時，小燈泡的電阻為___________SKIPIF1<0（保留1位有效數(shù)字）；（4）為使得電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為3V，該同學經(jīng)計算知，應將R2的阻值調(diào)整為_______SKIPIF1<0。然后調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，測得數(shù)據(jù)如下表所示：U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0（5）由圖（b）和上表可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻___________（填“增大”“減小”或“不變”）；（6）該同學觀測到小燈泡剛開始發(fā)光時流過電流表的電流為160mA，可得此時小燈泡電功率P1=_______W（保留2位有效數(shù)字）；當流過電流表的電流為300mA時，小燈泡的電功率為P2，則SKIPIF1<0=_______（保留至整數(shù)）。【答案】10a0.72700增大0.0074100【解析】（1）[1]因為小燈泡額定電壓2.5V，電動勢6V，則滑動滑動變阻器時，為了保證電路安全，需要定值電阻分擔的電壓SKIPIF1<0則有SKIPIF1<0則需要描繪小燈泡在0~300mA的伏安特性曲線，即R0應選取阻值為10SKIPIF1<0；（2）[2]為了保護電路，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的a端；（3）[3]由圖可知當流過電流表的電流為10mA時，電壓為7mV，則小燈泡的電阻為SKIPIF1<0（4）[4]由題知電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為3V時，有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（5）[5]由圖（b）和表格可知流過小燈泡電流增加，圖像中SKIPIF1<0變大，則燈絲的電阻增大；（6）[6]根據(jù)表格可知當電流為160mA時，電壓表的示數(shù)為46mV，根據(jù)（4）的分析可知此時小燈泡兩端電壓為0.046V，則此時小燈泡電功率P1=0.046V×0.16A≈0.0074W[7]同理可知當流過電流表的電流為300mA時，小燈泡兩端電壓為2.5V，此時小燈泡電功率P2=2.5V×0.3A=0.75W故有SKIPIF1<04．（2021·河北·高考真題）某同學研究小燈泡的伏安特性，實驗室提供的器材有；小燈泡（SKIPIF1<0，SKIPIF1<0），直流電源（SKIPIF1<0），滑動變阻器，量程合適的電壓表和電流表，開關和導線若干，設計的電路如圖1所示。（1）根據(jù)圖1，完成圖2中的實物連線______；（2）按照圖1連線后，閉合開關，小燈泡閃亮一下后熄滅，觀察發(fā)現(xiàn)燈絲被燒斷，原因可能是______（單項選擇，填正確答案標號）；A．電流表短路B．滑動變阻器的滑片接觸不良C．滑動變阻器滑片的初始位置在b端（3）更換小燈泡后，該同學正確完成了實驗操作，將實驗數(shù)據(jù)描點作圖，得到SKIPIF1<0圖像，其中一部分如圖3所示，根據(jù)圖像計算出P點對應狀態(tài)下小燈泡的電阻為______SKIPIF1<0（保留三位有效數(shù)字）?！敬鸢浮緾SKIPIF1<0【解析】（1）[1]電流表負極與滑動變阻器的右端的SKIPIF1<0位置連接，如圖（2）[2]開關閉合，小燈泡閃亮一下后燈絲燒斷，說明通過小燈泡的電流過大。A．電流表內(nèi)阻非常小，短路幾乎不影響通過小燈泡的電流，與燈絲燒斷無關，A錯誤；B．滑動變阻器滑片接觸不良，無電流通過小燈泡，B錯誤；C．滑動變阻器的滑片開始時置于SKIPIF1<0端，小燈泡部分分壓達到最大，通過電流最大，可能會燒斷小燈泡燈絲，C正確；故選C。（3）根據(jù)小燈泡的伏安特性曲線可知在SKIPIF1<0點時的電壓和電流分別為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0根據(jù)歐姆定律SKIPIF1<0可知小燈泡的電阻為SKIPIF1<05．（2020·江蘇·統(tǒng)考高考真題）某同學描繪一種電子元件的SKIPIF1<0關系圖象，采用的實驗電路圖如題圖1所示，V為電壓表，mA為電流表，E為電源（電動勢約SKIPIF1<0），R為滑動變阻器（最大阻值SKIPIF1<0），SKIPIF1<0為定值電阻，S為開關。(1)請用筆畫線代替導線，將題圖2所示的實物電路連接完整____________。(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，記錄電壓表和電流表的示數(shù)如下表：電壓SKIPIF1<00.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750電流SKIPIF1<00.000.100.250.601.704.307.50請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出該元件的SKIPIF1<0圖線____________。(3)根據(jù)作出的SKIPIF1<0圖線可知，該元件是_________（選填“線性”或“非線性”）元件。(4)在上述測量中，如果用導線代替電路中的定值電阻SKIPIF1<0，會導致的兩個后果是_________。A．電壓和電流的測量誤差增大B．可能因電流過大燒壞待測元件C．滑動變阻器允許的調(diào)節(jié)范圍變小D．待測元件兩端電壓的可調(diào)節(jié)范圍變小【答案】非線性元件BC【解析】(1)[1]根據(jù)題意連接電路如圖(2)[2]根據(jù)表格中數(shù)據(jù)描點，并用平滑的曲線連接各點如圖(3)[3]根據(jù)圖像可知該元件是非線性元件。(4)[4]AB．SKIPIF1<0圖線上某點與原點連線的斜率為SKIPIF1<0，根據(jù)元件的特性可知，當電壓超過一定數(shù)值時，電流會急劇增大，所以電阻會急劇減小，若用導線代替SKIPIF1<0，電流急劇增大，可能會燒壞待測元件，對電流表和電壓表的測量誤差無影響，A錯誤，B正確；CD．根據(jù)圖像可知待測元件的電壓范圍小于SKIPIF1<0，而電源電動勢為SKIPIF1<0，因為待測元件兩端電壓非常小，如果用導線代替SKIPIF1<0，會導致滑動變阻器的調(diào)節(jié)范圍變得非常小，難以調(diào)節(jié)，C正確，D錯誤。故選BC。6．（2020·全國·統(tǒng)考高考真題）某同學要研究一小燈泡L（3.6V，0.30A）的伏安特性。所用器材有：電流表A1（量程200mA，內(nèi)阻Rg1=10.0Ω），電流表A2（量程500mA，內(nèi)阻Rg2=1.0Ω）、定值電阻R0（阻值R0=10.0Ω）、滑動變阻器R1（最大阻值10Ω）、電源E（電動勢4.5V，內(nèi)阻很?。㈤_關S和若干導線。該同學設計的電路如圖（a）所示。（1）根據(jù)圖（a），在圖（b）的實物圖中畫出連線______。（2）若I1、I2分別為流過電流表A1和A2的電流，利用I1、I2、Rg1和R0寫出：小燈泡兩端的電壓U=_______，流過小燈泡的電流I=_______。為保證小燈泡的安全，I1不能超過_______mA。（3）實驗時，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使開關閉合后兩電流表的示數(shù)為零。逐次改變滑動變阻器滑片位置并讀取相應的I1和I2。所得實驗數(shù)據(jù)在下表中給出。I1/mA325585125144173I2/mA171229299379424470根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可算得，當I1=173mA時，燈絲電阻R=_______Ω（保留1位小數(shù)）。（4）如果用另一個電阻替代定值電阻R0，其他不變，為了能夠測量完整的伏安特性曲線，所用電阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小數(shù)）?！敬鸢浮縎KIPIF1<0SKIPIF1<018011.68.0【解析】（1）根據(jù)電路圖連接實物圖如圖所示（2）①根據(jù)電路圖可知燈泡兩端的電壓為電流表A1和R0的總電壓，故根據(jù)歐姆定律有SKIPIF1<0②根據(jù)并聯(lián)電路特點可知流過小燈泡的電流為SKIPIF1<0③因為小燈泡的額定電壓為3.6V，故根據(jù)題目中已知數(shù)據(jù)帶入①中可知I1不能超過180mA；（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知當I1=173mA時，I2=470mA；根據(jù)前面的分析代入數(shù)據(jù)可知此時燈泡兩端的電壓為U=3.46V；流過小燈泡的電流為I=297mA=0.297A；故根據(jù)歐姆定律可知此時小燈泡的電阻為SKIPIF1<0（4）要測量完整的伏安特性曲線則燈泡兩端的電壓至少要達到3.6V，而電流表A1不能超過其量程200mA，此時結合①有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，即要完整的測量小燈泡伏安特性曲線所用電阻的阻值不能小于SKIPIF1<0。7．（2020·浙江·高考真題）（1）小明同學用多用電表測量一未知電阻器的阻值。經(jīng)過規(guī)范操作后，所選歐姆擋倍率及指針位置分別如圖甲、乙所示，則此電阻器的阻值為_____Ω（2）在“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中：①如圖丙所示，已經(jīng)連接了一部分電路，請在答題紙上對應位置將電路連接完整_____。②合上開關后，測出9組Ⅰ、U值，在SKIPIF1<0坐標系中描出各對應點，如圖丁所示。請在答題紙對應位置的圖中畫出此小燈泡的伏安特性曲線_____。③與圖丁中P點對應的狀態(tài)，小燈泡燈絲阻值最接近______。A．16.7Ω

B．12.4Ω

C．6.2Ω【答案】1750（1700～1800）C【解析】（1）[1]阻值為歐姆表盤讀數(shù)乘以倍率：SKIPIF1<0（2）①[2]根據(jù)圖丁可知電壓表選擇0到3V量程即可，數(shù)據(jù)從0開始測量，滑動變阻器采用分壓接法：②[3]用平滑曲線畫出伏安特性曲線：③[4]根據(jù)圖像結合歐姆定律：SKIPIF1<0所以C選項的電阻較為接近。8．（2019·浙江·高考真題）小明想測額定電壓為2.5V的小燈泡在不同電壓下的電功率的電路．（1）在實驗過程中，調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零，其原因是的____導線沒有連接好（圖中用數(shù)字標記的小圓點表示接線點，空格中請?zhí)顚憟D中的數(shù)字，如“7點至8點”）；（2）正確連好電路，閉合開關，調(diào)節(jié)滑片P，當電壓表的示數(shù)達到額定電壓時，電流表的指針如圖所示，則電流為____A，此時小燈泡的功率為____W（3）做完實驗后小明發(fā)現(xiàn)在實驗報告上漏寫了電壓為1.00V時通過小燈泡的電流，但在草稿紙上記錄了下列數(shù)據(jù)，你認為最有可能的是____A．0.08A

B．0.12A

C．0.20A【答案】1點至4點0.300.75C【解析】（1）在實驗過程中，調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零，其原因是1點至4點的導線沒有連接好，滑動變阻器相當于接成了限流電路；（2）由表盤刻度可知，電流表讀數(shù)為0.30A；則燈泡的額定功率：P=IU=0.30×2.5W=0.75W；（3）若燈泡電阻不變，則由SKIPIF1<0，解得I1=0.12A，考慮到燈泡電阻溫度越低時阻值越小，則通過燈泡的電流要大于0.12A，則選項C正確；故選C.9．（2017·浙江·高考真題）做“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗，要求采用分壓電路，電流表外接．小王的連接如圖甲所示，閉合開關S前請老師檢查，老師指出圖中標示的①、②兩根連線有一處錯誤，錯誤連線是________(填“①”或“②”)；圖中標示的③、④和⑤三根連線有一處錯誤，錯誤連線是________(填“③”“④”或“⑤”)．小王正確連線后，閉合開關S前，應將滑動變阻器滑片C移到________處(填“A”或“B”)．閉合開關S，此時電壓表讀數(shù)為______V,緩慢移動滑片C至某一位置時，電流表指針如圖乙所示，電流表的示數(shù)為________A．【答案】①④A00.32【解析】本實驗的等效電路圖如下：應該采用分壓式、外接法，所以①、④兩根導線有問題．實驗開始時為了保證實驗儀器的正常使用，需要將C撥到最左端，即A處，開關閉合后，電壓表讀數(shù)為0V．電流表的量程應為0.6A，圖乙中電流表的讀數(shù)為0.32A(不需要估讀)．10．（2016·天津·高考真題）某同學想要描繪標有“3.8V，0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確，繪制曲線完整，可供該同學選用的器材除了開關、導線外，還有：電壓表V1(量程0~3V，內(nèi)阻等于3kΩ)電壓表V2(量程0~15V，內(nèi)阻等于15kΩ)電流表A1(量程0~200mA，內(nèi)阻等于10Ω)電流表A2(量程0~3A，內(nèi)阻等于0.1Ω)滑動變阻器R1(0~10Ω，額定電流2A)滑動變阻器R2(0~1kΩ，額定電流0.5A)定值電阻R3(阻值等于1Ω)定值電阻R4(阻值等于10Ω)定值電阻R5(阻值等于1kΩ)電源E(E=6V，內(nèi)阻不計)（1）請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁__________．（2）該同學描繪出的I–U圖象應是下圖中的___________．【答案】B【解析】①用電壓表V1和R5串聯(lián)，可改裝成量程為SKIPIF1<0的電壓表；用電流表A1與R4并聯(lián)可改裝為量程為SKIPIF1<0的電流表；待測小燈泡的阻值較小，故采用電流表外接法；為使曲線完整，滑動變阻器應采用分壓接法，故選擇總阻值小的R1，電路如圖：②小燈泡燈絲的電阻隨溫度升高而變大，故該同學描繪出的I–U圖線應該是B．【點睛】此題考查了探究小燈泡的伏安特性曲線的實驗；此題的難點在于題中所給的電表量程都不適合，所以不管是電流表還是電壓表都需要改裝，所以要知道電表的改裝方法；改裝成電壓表要串聯(lián)分壓電阻；改裝成電流表要并聯(lián)分流電阻；其他部分基本和課本實驗一樣．11．（2015·福建·高考真題）某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實驗器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導線的連接．(1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲實物接線圖中完成余下導線的連接__________：(2)某次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為___________A；(3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將___________只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動勢為3V、內(nèi)阻為1Ω的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為___________W（保留小數(shù)點后兩位）.【答案】0.4442.22~2.28【解析】（1）滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，則滑動變阻器采用分壓接法，實物圖如圖所示；（2）由圖知電流表量程為0.6A，所以讀數(shù)為0.44A；（3）電源內(nèi)阻為1歐，所以當外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時，消耗電功率最大，此時外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5V，由圖知當小電珠電壓等于1.5V時電流約為0.38A，此時電阻約為SKIPIF1<0，并聯(lián)后的總電阻為1歐，所以需要4個小電珠，小電珠消耗的總功率約為SKIPIF1<0（2.22-2.28W均可）．12．（2015·山東·高考真題）如圖甲所