二、描绘小灯泡的伏安特性曲线——2024届一轮复习高考物理电学实验训练

二、描绘小灯泡的伏安特性曲线

1.某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V，额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6 kΩ，电流表内阻约为1.5 Ω。实验中有图（a）和（b）两个电路图供选择。

（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图是图（______）（填“a”或“b”）。

（2）若选择另一个电路图进行实验，在答题卡所给图上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。

2.某实验小组的同学计划描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了如下实验器材。

A.标有“12 V  6 W”的小灯泡

B.电流表A（量程为，内阻为）

C.电压表V（量程为3 V，内阻为）

D.电阻箱

E.电阻箱

F.滑动变阻器（0~，允许通过的最大电流为5 A）

G.滑动变阻器（0~，允许通过的最大电流为0.01 A）

H.电源E（电动势为15 V，内阻较小）

I.单刀单掷开关一个、导线若干

（1）为了完成实验，需将电流表改装成量程为0.6 A的电流表，则电阻箱应调为______Ω，若将电压表的量程扩大到12 V，则电阻箱应调为______Ω；滑动变阻器应选择（填实验器材前的字母序号）。

（2）为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，该小组的同学设计了如图所示电路，其中X为______,Y为______。（填实验器材前的字母序号）

（3）某次实验时，电流表的读数为，电压表的读数为2.07 V，此时小灯泡L的阻值为_______Ω。（结果保留3位有效数字）

3.某同学要描绘一个标有“3 V  0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选择

A.电池组（电动势4.5 V，内阻约为1 Ω）；

B.电压表（量程为0~15 V，内阻约为3 kΩ）；

C.电流表，量程为0~20 mA，内电阻；

D.电流表，量程为0~300 mA，内电阻；

E.定值电阻，阻值为180 Ω；

F.滑动变阻器（最大阻值20 Ω，额定电流1 A）；

G.滑动变阻器（最大阻值2000 Ω，额定电流0.3 A）；

H.开关一个、导线若干。

（1）为了尽可能准确地描绘小灯泡的伏安特性曲线，滑动变阻器应该选________（填“”或“”）；

（2）请在虚线框内帮这位同学完成电路设计；

（3）根据设计的电路图小灯泡两端电压的表达式：________，通过小灯泡的电流表达式：________。

4.有一个标有“2.5 V  1 W”的小灯泡，现要用伏安法描绘该小灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：

A.蓄电池（输出电压恒为4 V）

B.电压表（量程为0~3 V，内阻约为6 kΩ）；

C.电压表（量程为0~15 V，内阻约为30 kΩ）；

D.电流表（量程为0~0.6 A，内阻约为0.1 Ω）；

E.电流表（量程为0~3 A，内阻约为0.5 Ω）；

F.滑动变阻器（阻值范围0~20 Ω，允许通过的最大电流为1 A）；

G.滑动变阻器（阻值范围0~10 Ω，允许通过的最大电流为2 A）

（1）某同学误将电流表和电压表接成如图1所示的电路，其他部分连接正确，接通电源后，小灯泡的发光情况是_________（填“亮”或“不亮”）.若要求小灯泡两端的电压从零开始增大，且实验误差较小，应选择图2中的电路_________（填“甲”“乙”或“丙”）.

（2）根据实验电路图将图3所示的实物图补充完整.

（3）用正确的电路进行测量，电压表应选用_________，电流表应选用_________，滑动变阻器应选用_________.（均填字母代号）

（4）通过实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图4所示.由图线可求得，当此小灯泡两端的电压为1.25 V时，小灯泡的电阻为_________Ω（结果保留两位有效数字）.

5.某探究小组想精确探究小灯泡（“3.5 V  0.25 A”）的伏安特性曲线，可选用实验器材如下：

A.电压表（量程0~3 V，内阻等于3 kΩ）

B.电压表（量程0~15 V，内阻等于15 kΩ）

C.电流表（量程0~200 mA，内阻等于5 Ω）

D.电流表（量程0~3 A，内阻等于0.1 Ω）

E.滑动变阻器（0~10 Ω，额定电流1 A）

F.滑动变阻器（0~1 kΩ，额定电流0.2 A）

G.定值电阻（阻值等于1 Ω）

H.定值电阻（阻值等于10 Ω）

L.定值申阻（阻值等于1 kΩ）

J.蓄电池（，内阻不计）

K.开关一个，导线若干.

（1）请在图中以笔画线代替导线按实验原理连成实验所需的电路.

（2）滑动变阻器应选用_______；应选用_______；应选用_______.（用序号字母表示）.

（3）请在虚线框内定性画出该探究小组所测小灯泡的伏安特性曲线.

6.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室备有下列器材供选择:

A.待测小灯泡“3 V，0.6 A”

B.电流表（量程0.6 A，内阻约为5 Ω）

C.电压表（量程3 V，内阻约为10 kΩ）

D.电压表（量程15 V，内阻约为50 kΩ）

E.滑动变阻器（最大阻值为100 Ω，额定电流50 mA）

F.滑动变阻器（最大阻值为10 Ω，额定电流1 A）

G.电源（电动势为4 V，内阻不计）

H.开关及导线等

（1）电压表应选_______；滑动变阻器应选用_______。（填器材前面的字母）

（2）在图甲实物图中，有部分线已连好，要求小灯泡的电压从零开始测量，请连成符合要求的完整的电路图。

（3）某同学实验后作出的图像如图乙所示，则当灯泡两端的电压为2.0 V时，灯泡的实际电阻是_______Ω（结果保留两位有效数字）。

（4）若将此灯泡与电动势为1.5 V，内阻为2.5 Ω的电源串联，灯泡消耗的功率是_______W。（结果保留两位有效数字）

7.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，提供的实验仪器如下：
A.小灯泡L，“”
B.电压表，量程0~5 V，内阻
C.电流表，量程0~500 mA，内阻
D.滑动变阻器，最大阻值，允许通过的最大电流1.0 A
E.直流电源，电动势约为6 V，内阻约为
F.开关

（1）完善虚线框内的实验电路图。
 

（2）某小组利用实验所得数据，描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图，图像说明随着电压的升高，小灯泡的电阻__________（填“变大”“不变”或“变小”）。
 

（3）用P表示小灯泡消耗的电功率，下列图像中正确反映小灯泡功率变化情况的有__________。

A. B. C. D.

答案以及解析

1.答案：（1）a

（2）如图所示

解析：（1）由题意知，小灯泡的额定电流，图（a）中，当电压表示数为6 V时，电流表示数是略大于0.5 A的，图（b）中，当电流表示数为0.5 A时，电压表示数是大于6 V的，对比题图（c）可知，该同学选择的电路图是图（a）。

（2）根据（1）问分析可知，图（b）的关系图线应在图（a）图线的下方，如答图中实线所示。

2.答案：（1）0.1；9000；F

（2）B；C

（3）22.9

解析：（1）由电流表的改装原理得，即，解得，由电压表的改装原理得，即，解得；描绘小灯泡的伏安特性曲线时，电流和电压应从0开始调节，所以滑动变阻器应采用分压接法，根据允许通过的最大电流可知滑动变阻器应选择。

（2）由电表的改装原理可知，X和并联测量小灯泡的电流，则X为B,Y和串联测量小灯泡的电压，则Y为C。

（3）由（1）中分析可知当电流表的读数为时，流过小灯泡L的电流约为，电压表的读数为2.07 V时，小灯泡L两端的电压为，此时小灯泡L的电阻为。
3、（1）答案：

解析：描绘小灯泡的伏安特性曲线，滑动变阻器应选择分压接法，以保证电压可以从零开始在较大的范围内连续调节，而分压接法要求滑动变阻器选用阻值较小的变阻器，即滑动变阻器选。

（2）答案：如图所示

解析：实验器材中电压表量程大读数误差大，可以用已知内阻的电流表与定值电阻串联改装成电压表，改装后的电压表量程为，符合实验要求，虚线框内的电路图如答图所示。

（3）答案：

解析：小灯泡两端的电压，通过小灯泡的电流为。

4.答案：(1)不亮；甲

(2)见解析

(3)B；D；G

(4)4.2

解析：(1)由于电压表与小灯泡串联，电压表内阻很大，则流过小灯泡的电流很小，所以小灯泡不亮.若要求小灯泡两端的电压从零开始增大，则滑动变阻器应采用分压式接法，小灯泡正常发光时的电阻为，则电流表应采用外接法，所以应选择图2中的电路甲.

(2)实物连接图如图所示.

(3)因小灯泡的额定电压为2.5 V，所以电压表应选用B，小灯泡的额定电流为，所以电流表应选用D；因滑动变阻器采用分压式接法，所以要选用最大阻值较小的滑动变阻器，即滑动变阻器应选用G.

(4)由题图4可知，当小灯泡两端的电压为1.25 V时，通过小灯泡的电流为0.3 A，则小灯泡的电阻为.

5.答案：（1）如图甲所示

（2）E；I；H

（3）如图乙所示

解析：（1）（2）因为要精确探究小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡两端的电压需从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法，为便于调节，滑动变阻器应选最大阻值较小的E；小灯泡的额定电压3.5 V，需用量程0~3 V的电压表和定值电阻串联改装成合适量程的电压表，量程为；小灯泡的额定电流为0.25 A，需用量程为0~200 mA的电流表与定值电阻并联可改装成合适量程的电流表，量程为的电流表，故为，为；因待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接的方式，实物电路如答图甲所示.

（3）因小灯泡的电阻随温度升高而变大，故曲线的斜率逐渐小，定性画出所测小灯泡的伏安特性曲线，如答图乙所示.

6.答案：（1）C；F

（2）见解析

（3）3.8

（4）0.22

解析：本题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验。
（1）电源电动势为4 V，待测小灯泡的额定电压为3 V，电压表应选C，由于小灯泡的额定电流为0.6 A，测小灯泡的伏安特性曲线采用的是分压式电路，则滑动变阻器应选择最大阻值较小的方便调节，所以滑动变阻器选F。
（2）要求小灯泡的电压从零开始测量，则控制电路采用的是分压式电路，根据大内小外的规律可知测量电路采用电流表外接法，则完整的电路图如答图甲所示。
 

（3）当灯泡两端的电压为2.0 V时，由图像可知流过灯泡的电流为0.52 A，则灯泡的实际电阻是。

（4）若将此灯泡与电动势为1.5 V，内阻为2.5 Ω的电源串联，设灯泡两端的实际电压为U，实际电流为I，由闭合电路欧姆定律可得，整理可得，在图像中作图，两图像的交点即为灯泡的工作点，如答图乙所示，由图像可得，灯泡的实际电压与实际电流分别为0.58 V、0.38 A，所以灯泡消耗的功率是。
 

7.答案：（1）如图所示

（2）变大

（3）BD

解析：（1）灯泡的电阻，则应该选用电流表外接法；滑动变阻器用分压接法，如答案图。
（2）因图像上某点与原点连线的斜率的倒数表示灯泡的电阻，由图像可知随着电压的升高，小灯泡的电阻变大。
（3）由，随着电压的增加，电阻变大，则图线的斜率减小，则A错误，B正确；根据，随着电流的增加，电阻变大，则图线的斜率变大，则C错误，D正确。