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专题实验9 描绘小电珠的伏安特性曲线-备战2023年高考物理实验专题突破
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思维突破
原型突破
重点讲析
一、基本原理与操作
原理电路图
操作要领
二、数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系。
(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点。
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。
三、注意事项
1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。
2．滑动变阻器应采用分压式连接
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
四、误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
2．测量时读数带来误差。
3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
【例1】（2022·广东惠州·二模）在用伏安法测量金属丝的电阻（约为10Ω），并描绘出该金属丝伏安特性曲线的实验中，备有下列器材：
A．量程为0 ~ 0.6A，内阻约为0.5Ω的电流表；
B．量程为0 ~ 3A，内阻约为0.1Ω的电流表；
C．量程为0 ~ 3V，内阻约为6kΩ的电压表；
D．量程为0 ~ 15V，内阻约为30kΩ的电压表；
E．阻值为0 ~ 1kΩ，额定电流约为0.5A的滑动变阻器；
F．阻值为0 ~ 10Ω，额定电流约为2A的滑动变阻器；(1)连接电路：用导线进行实物连线
(2)测量与记录：移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，填入自己设计的表格中
(3)画图象：画I－U图线
G．蓄电池电压5V；
H．开关一个，导线若干。
（1）为了尽可能提高测量精度，且要求测量多组实验数据，电流表应选用_______；电压表应选用_______；滑动变阻器应选用_______。（只填字母代号）
（2）在答题卡的方框内画出符合要求的实验电路图。_______
【答案】 A C F
【解析】（1）[1][2][3]电源电动势为5V，选0 ~ 15V量程的电压表读数误差较大，电压表应选C。通过电阻丝的最大电流约为
电流表应选A；为方便实验操作，滑动变阻器应选F。
（3）[4]电压从0开始测量，滑动变阻器应采用分压接法
则电流表应采用外接法，实验电路图如图所示
【例2】（2022·江苏连云港·二模）小芳同学想利用实验室的器材描绘出某电风扇的伏安特性曲线。她通过说明书得到电风扇的额定电压为5.0V，额定功率约为2.5W。器材有：
电源E：电动势为6.0V，内阻忽略不计
电流表A1：量程0.6A，内阻约为10Ω
电流表A2：量程100mA，内阻为r2=4Ω
定值电阻R1=10Ω
定值电阻R2=50Ω滑动变阻器R3：最大阻值10Ω，最大电流0.5A
滑动变阻器R4：最大阻值3Ω，最大电流3A
滑动变阻器R5：最大阻值100Ω，最大电流3A
开关、导线等。
（1）滑动变阻器应选用______（选填“R3”“R4”或“R5”）；为了精确测量数据，选用定值电阻_______（选填“R1”或“R2”），将电流表A2改装成电压表使用。
（2）请根据选用的实验器材设计实验电路，将最优电路设计图画在图甲虚线方框内，电风扇符号用M表示，需在图中标上所用元件对应的符号________。
（3）小芳在实验中发现，小电风扇在电流较小时不能转动。她多次测量描绘出I2一I1图像如图乙所示，其中I1为电流表A1的读数，I2为电流表A2的读数。当I1为0.10A，I2为10mA时，小电风扇的电阻为______Ω（结果保留两位有效数字）。
（4）从小芳描绘的I2一I1图像可以看出，随着I2的不断增大，I1先增大到某值时突然减小，造成这种现象的原因是______。
【答案】 R4 R2 6.0 电动机突然开始转动，产生了反电动势
【解析】（1）[1]电风扇的额定电压为
额定功率为
电风扇的额定电流为
由于要描绘出这台电风扇的伏安特性曲线，电压需要从0调节，滑动变阻器采用分压式，使得串联接入电路部分的电流有可能大于0.5A，所以为了防止滑动变阻器烧坏且操作方便，滑动变阻器选；
[2]通过电流表A2与电阻串联改装成电压表，因电压调节范围为0～5.0V，需要串联的电阻阻值为
所以选取固定电阻
改装成电压表，其量程为
（2）[3]因为电压需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，因此电流表采用外接法，电路图如图所示
（3）[4]小电风扇在电流表读数小时电风扇不能转动，属于纯电阻电路，实验数据得知为0.10A时，为
小电风扇的电阻为
（4）[5]小电风扇在电流较小时不能转动，随着电流的不断增大，电动机突然开始转动，产生了反电动势，所以先增大到某值时突然减小。
创新突破
重点讲析
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点，常见创新点如下：
实验原理的创新
1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况。
2.借助伏安特性曲线进行实验数据处理，计算小灯泡的最小功率和最大功率。
【例1】（2022·安徽马鞍山·三模）某同学进行“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验：要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。已选用的器材有：
待测小灯泡（额定电压为2.5V，额定功率为1.5W）；
电源（电动势为3V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0~0.6A，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0~3V，内阻为3kΩ）；
开关一个、导线若干。
（1）实验中所用的滑动变阻器应选_____。（填写器材前面的序号）
A．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）
B．滑动变阻器（最大阻值100Ω，额定电流2A）
（2）描绘出小灯泡的I-U特性曲线如图中实线所示，则可知该灯泡电阻随电压升高而____（填“增大”“减小”或“不变”）；已知图中虚线为该灯泡两端电压为1.5V时I-U特性曲线的切线，则此时灯泡的实际阻值为_____Ω（保留两位有效数字）。
（3）若将两只完全相同的该灯泡串联后与一电动势为3V、内阻为2Ω的电源串联成闭合回路，则每只灯泡的实际功率为_______W（结果保留两位有效数字）。
【答案】 A 增大 2.8##2.7##2.6##2.9 0.45##0.46##0.47##0.48##0.49##0.50##0.51##0.52##0.53实验器材及目的的创新
1.电路中增加R2和S2，作用是实验前使电容器所带的电荷中和。
2.实物连线图随之发生变化。
3.将测小电珠的伏安特性曲线改为测电容器充电时两极间的Ut图线。
实验方案创新
1.由测小灯泡换成分析电源。
2.由伏安法测小灯泡伏安特性曲线，改为利用伏安特性曲线分析。
【解析】（1）[1]描绘小灯泡伏安特性曲线，需要将滑动变阻器采用分压式接法，为方便实验操作滑动变阻器应选较小电阻，故选A；
（2）[2]小灯泡伏安特性曲线的割线斜率为小灯泡的电阻的倒数，则可知该灯泡电阻随电压升高而增大；
[3]灯泡两端电压为1.5V时，此时灯泡的实际阻值为
（3）[4]当把两只这样规格的小灯泡串联后直接接在电动势为3V、内阻为2Ω的电源上组成闭合回路时，设小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律可得
所以灯泡电压
在U-I中作出上式的图像，如下所示
图线交点坐标约为(0.45V，1.05A)，则每只灯泡的功率为
则每只灯泡的实际功率为0.45~0.53W。
【例2】（2022·湖南师大附中二模）表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：
（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_________（填“甲”或“乙”）；
（2）在图中的方格纸内画出小灯泡的曲线；________U/V
0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
（3）有人推论：如果灯泡两端的电压增大到3.5V，那么灯泡中通过的电流一定小于0.251A，你认为他的推论是否正确，_______为什么？_______。
（4）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A。
【答案】 甲 正确 见解析 0.210
【解析】（1）[1]由表格数据，灯泡电压要从0开始变化，应选择分压式电路，故选甲；
（2）[2]小灯泡的曲线如图所示
（3）[3][4]正确，因为从图线可知，电压越高，灯丝电阻越大，因此3.5 V时的电阻肯定比3.0 V时大，假设此两电压下的电阻相等，则
解得
所以3.5V电压对应的实际电流I<0.2508 A，因此灯泡中通过的电流一定小于0.251 A。
（4）[5]流过电阻R的电流是通过灯泡b的两倍，则流过灯泡a的电流是b的三倍；同时灯泡a和b的电压之和为3 V，则（0.070 A，0.30 V）（0.210 A，2.70 V）两点刚好符合要求，故流过a灯的电流约为0.210 A。
真题突破
重点讲析
1．（2021·全国·高考真题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：
小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）
电压表（量程300mV，内阻300）
电流表（量程300mA，内阻0.27）
定值电阻R0
滑动变阻器R1（阻值0-20）
电阻箱R2（最大阻值9999.9）
电源E（电动势6V，内阻不计）
开关S、导线若干。
完成下列填空：
（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；
（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；
（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：
U/mV
24.0
46.0
76.0
110.0
128.0
152.0
184.0
216.0
250.0
I/mA
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
240.0
260.0
280.0
300.0
（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；
（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则=_______（保留至整数）。
【答案】 10 a 0.7 2700 增大 0.074 10
【解析】（1）[1]因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压
则有
则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；
（2）[2]为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；
（3）[3]由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为
（4）[4]由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有
解得
（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大；
（6）[6]根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mA，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46V，则此时小灯泡电功率
P1=0.46V×0.16A≈0.074W
[7]同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率
P2=2.5V×0.3A=0.75W
故有
2．（2021·河北·高考真题）某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。
（1）根据图1，完成图2中的实物连线______；
（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是______（单项选择，填正确答案标号）；
A．电流表短路
B．滑动变阻器的滑片接触不良
C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端
（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为______（保留三位有效数字）。
【答案】 C
【解析】（1）[1]电流表负极与滑动变阻器的右端的位置连接，如图
（2）[2]开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。A．电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；
B．滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；
C．滑动变阻器的滑片开始时置于端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确；
故选C。
（3）根据小灯泡的伏安特性曲线可知在点时的电压和电流分别为
，
根据欧姆定律可知小灯泡的电阻为
3．（2020·江苏·高考真题）某同学描绘一种电子元件的关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，
mA为电流表，E为电源（电动势约），R为滑动变阻器（最大阻值），为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的图线____________。电压
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
(3)根据作出的图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻，会导致的两个后果是_________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
【答案】 非线性元件 BC
【解析】(1)[1]根据题意连接电路如图
(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图
(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。
(4)[4]AB．图线上某点与原点连线的斜率为，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；
CD．根据图像可知待测元件的电压范围小于，而电源电动势为，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。
故选BC。
4．（2020·全国·高考真题）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。
（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。
（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。
（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。
根据实验数据可算得，当I1=173 mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。
（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。I1/mA
32
55
85
125
144
173
I2/mA
171
229
299
379
424
470
【答案】 180 11.6 8.0
【解析】（1）根据电路图连接实物图如图所示
（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有
②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为
③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；
（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为
（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有
解得，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于。
5．（2020·浙江·高考真题）（1）小明同学用多用电表测量一未知电阻器的阻值。经过规范操作后，所选欧姆挡倍率及指针位置分别如图甲、乙所示，则此电阻器的阻值为_____Ω
（2）在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中：
①如图丙所示，已经连接了一部分电路，请在答题纸上对应位置将电路连接完整_____。
②合上开关后，测出9组Ⅰ、U值，在坐标系中描出各对应点，如图丁所示。请在答题纸对应位置的图中画出此小灯泡的伏安特性曲线_____。
③与图丁中P点对应的状态，小灯泡灯丝阻值最接近______。A．16.7Ω B．12.4Ω C．6.2Ω
【答案】 1750（1700～1800） C
【解析】（1）[1]阻值为欧姆表盘读数乘以倍率：
（2）①[2]根据图丁可知电压表选择0到3V量程即可，数据从0开始测量，滑动变阻器采用分压接法：
②[3]用平滑曲线画出伏安特性曲线：
③[4]根据图像结合欧姆定律：
所以C选项的电阻较为接近。模拟突破
重点讲析
1．（2022·安徽·合肥一中高三开学考试）某同学欲测量一小灯泡2V，1.2W完整的伏安特性曲线：
（1）请在图1中，以笔画代替导线，完成电路图的连接。___________
（2）在正确完成一系列操作后得到了如图2所示的小灯泡伏安特性曲线，图中虚线为过点P(1.50，0.54)图线的切线，由图线可知该小灯泡电阻随其两端电压的升高而___________（填“增大”、“减小”或“不变”）；当灯泡两端电压为时，其电阻为___________（保留2位小数）。
（3）若将该小灯泡用导线直接与一节电动势，内阻的干电池相连构成闭合电路，则小灯泡的实际功率___________W （保留2位小数）。
【答案】 增大 2.78 0.47##0.45##0.46##0.48##0.49
【解析】（1）[1]由所给小灯泡参数可估算其电阻在左右，所以电流表分压作用明显而电压表分流作用微不足道，故电流表应“外接”。要测定“完整”伏安特性曲线，小灯泡两端电压需从零调起，所以滑动变阻器应采用“分压”式接法。所以电路连接如图所示；（2）[2]由电阻的定义式并结合图2可知，当小灯泡两端电压增大时，其电阻亦增大；
[3]当小灯泡两端电压为时，其电流为，所以此时小灯泡的电阻为
（3）[4]由可知，在图2中过两点画一条直线即“电动势为、内阻为”的电源的工作曲线，其与小灯泡的伏安曲线的交点为，即将小灯泡与电池直接连接时小灯泡的工作点。所以，此时小灯泡的功率为
2．（2022·江苏省海头高级中学二模）实验室提供器材如下：电池组（电动势，内阻）；电流表（量程，内阻约）；电流表（量程，内阻未知）；电阻箱R（阻值）；滑动变阻器（阻值）；开关一只，导线若干。
为研究一只额定电压、额定电流的小灯泡的伏安特性，某同学利用上述器材进行了以下实验：
（1）设计图（a）所示电路测定电流表的内阻。具体操作为：闭合开关S，由大到小改变电阻箱的接入电阻R，当时，电流表的指针位置如图（b）所示。则表的示数为__________，内阻__________。
（2）将表改装为量程的电压表。具体操作为将电阻箱与表串联，调节电阻箱使串入电阻值为_______。
（3）设计图（c）所示电路研究小灯泡的伏安特性，具体操作为：利用测得的多组数据，在图（d）所示小灯泡的坐标图中确定出多个数据点的位置。（图中横轴为表的示数值，可直接反映通过小灯泡的电流，纵轴为表的示数值，可间接反映小灯泡两端的电压）。
①请在图（d）中作出小灯泡的图线______；
②由图可知，当通过小灯泡的电流为时，小灯泡的实际功率为________；（取2位有效数字）
③若将小灯泡直接接在一个电动势、内阻的旧电池组两端，小灯泡的实际功率为______W。（取2位有效数字）【答案】 2.00 20 980 0.12 0.73
【解析】（1）[1]电流表A2的量程是3mA，由图（b）所示表盘可知，其分度值为0.1mA，则示数为2.00mA。
[2]根据图（a）所示电路图，由闭合电路的欧姆定律得
代入数据解得
（2）[3]把电流表A2改装成量程是3V的电压表，由欧姆定律可得，串联电阻阻值
（3）①[4]根据坐标系内描出的点作出图像如图所示
②[5]由图所示图像可知，当时，，此时灯泡两端电压
灯泡实际功率
③[6]旧电池阻与小灯泡组成闭合电路，路端电压，路端电压，则有
作出图像如图所示
由图所示可知，流过灯泡的电流
灯泡两端电压
则灯泡实际功率
3．（2022·山西吕梁·二模）某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究一小灯泡（4V，0.45W）的伏安特性，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材∶
A．直流电源（6V，内阻不计）
B．电流表A1（量程0~3A，内阻等于0.5Ω）
C．电流表A2（量程0~60mA，内阻等于25Ω）
D．电压表V1（量程0~15V，内阻等于15kΩ）
E．电压表V2（量程0~3V，内阻等于3kΩ）
F．滑动变阻器R1（0~20Ω，5A）
G．滑动变阻器R2（0~200Ω，1A）
H．定值电阻R3（阻值25Ω）
I．定值电阻R4（阻值1kΩ）
J．开关与导线若干
（1）实验中电压表应选______，电流表应选_______，滑动变阻器应选_______（均填写器材前面的序号）；
（2）请在虚线框内画出实验电路图_______；
（3）该小组通过实验描出了电流表示数与电压表示数的关系如图甲所示；
（4）该小组将实验用小灯泡、阻值为50Ω的定值电阻和内阻不计、电动势为4V的电源连成图乙电路，此时小灯泡的功率为__________W（保留2位有效数字）。【答案】 E C F 0.067（0.065~0.069之间均正确）
【解析】（1）[1][2][3]根据小灯泡的额定电压（4V）和功率（0.45W）可计算其额定电流为112.5mA，可知电压表需要选择V（量程0~3V，内阻等于3kΩ），并将其改装为量程大于4V的电压表。电流表需选择A（量程0~60mA内阻等于25Ω），并将其改装为量程大于112.5mA的电流表，由于要研究伏安特性，故需选用分压电路，滑动变阻器应选择R（0~20Ω，5A），所以电压表应选E，电流表应选C，滑动变阻器应选F；
（2）[4]结合（1）问分析，电路设计如图所示
（4）[5]由于作出的图像为电压表和电流表的示数关系图，结合（2）问中设计的电路图，根据欧姆定律可知若电压表读数为U，电流表读数为I，则小灯泡两端电压为，流经小灯泡的电流为2I，由闭合电路欧定律得
结合图甲中数据整理可得
作出U-I关系如图所示
两图线的交流为（28mA，0.9V），小灯泡的功率
4．（2022·天津·耀华中学二模）电阻Rx的电阻值在3kΩ~5kΩ间，现要测量其电阻，实验室提供了下列器材：
电压表V（量程3V，内阻约为30kΩ）
电流表A1（量程100μA，内阻约为100Ω）
电流表A2（量程1mA，内阻约为10Ω）
滑动变阻器R（最大电阻500Ω）
电源E（电动势4V）
开关S
某课外活动小组设计了如图甲所示的测量电路进行了实验，请回答下列问题：
①电路中电流表应选用上述器材中的____________（填写字母代号）；
②闭合开关S前，滑动变阻器的滑动触头P应滑到____________（选填“a”或“b”）端；
③实验中得到的I－U图线如图丙中的实线d所示，由于本实验存在误差，你认为电阻Rx的真实I－U图线应为图丙中图线__________（选填“c”或“e”）。
【答案】 A2 a c
【解析】①[1]当电流表满偏时，此时电路中的电流
所以电流表选A2；
②[2]滑动变阻器分压接法，为了保护电路，则应使分出去的电压为零，故滑片应滑于a端；
③[3]本次实验是用电流表的内接法测电阻的，所以电压表测的是电流表和Rx的总电压，那么电压和电阻的测量值均偏大，故真实的图象应是c；
5．（2022·北京·中关村中学三模）某同学想通过测绘小灯泡的I－U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律。所用器材如下：
待测小灯泡一只，额定电压为2.5V，电阻约为几欧；电压表一个量程0~3V，内阻为3kΩ；
电流表一个，量程0~0.6A，内阻为0.1Ω：
滑动变阻器一个，干电池两节，开关一个，导钱若干。
（1）请在左图中补全实验的电路图( )
（2）图中开关S闭合之前，应把滑动变阻器的滑片置于______（填“A”或“B”）
（3）该同学通过实验作出小灯泡的I－U图像如所示，则小灯泡正常工作时的电阻为______Ω。同学同时计算出小灯泡的额定功率为______W（保留两位有效数字）
（4）某同学按下图连接电路进行实验。连接电格元件后，闭合开关S，发现两个灯都不亮。该同学用多用电表的直流电压档来检测电路哪个位置发生了故障，他在闭合开关S的情况下把多用电表的一个表笔始终接在电路的A点上，用另一个表笔依次接触电路中的B、C、D、E、F等点，很快统找到了故障所在位置。
a.应该用红表笔还是黑表笔始终接触A点？( )
b.请说明：怎样根据多用电表的读数检查出故障价在的位置？( )
【答案】 B 5.7##5.8##5.9##6.0 1.0##1.1 红表笔 见解析
【解析】（1）[1]待测小灯泡电阻约为几欧，则应采用电流表外接法，补全实验的电路图如图：
（2）[2]图中开关S闭合之前，应保证小灯泡两端电压最小，故应把滑动变阻器的滑片置于B。
（3）[3]小灯泡额定电压为2.5V，由小灯泡的I－U图像可知此时的电流为0.42A，故小灯泡正常工作时的电阻
（5.7~6.0都正确）
[4]小灯泡的额定功率为
（1.0~1.1都正确）
（4）a.[5]多用电表的红表笔接电源的正极，故应该用红表笔始终接触A点。
b.[6]用红表笔接在A点，黑表笔先接触B点，如果电压表有示数，说明电源是好的。再用黑表笔先接触F点，如果电压表有示数，说明AF之间有断路，以此类推，黑表笔与E、D、C接触，如果电压表有示数，则表明AE、AD、AC间是断路的。
思维突破
原型突破
重点讲析
一、基本原理与操作
原理电路图
操作要领
二、数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系。
(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点。
(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。
三、注意事项
1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。
2．滑动变阻器应采用分压式连接
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
四、误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
2．测量时读数带来误差。
3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
【例1】（2022·广东惠州·二模）在用伏安法测量金属丝的电阻（约为10Ω），并描绘出该金属丝伏安特性曲线的实验中，备有下列器材：
A．量程为0 ~ 0.6A，内阻约为0.5Ω的电流表；
B．量程为0 ~ 3A，内阻约为0.1Ω的电流表；
C．量程为0 ~ 3V，内阻约为6kΩ的电压表；
D．量程为0 ~ 15V，内阻约为30kΩ的电压表；
E．阻值为0 ~ 1kΩ，额定电流约为0.5A的滑动变阻器；
F．阻值为0 ~ 10Ω，额定电流约为2A的滑动变阻器；(1)连接电路：用导线进行实物连线
(2)测量与记录：移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，填入自己设计的表格中
(3)画图象：画I－U图线
G．蓄电池电压5V；
H．开关一个，导线若干。
（1）为了尽可能提高测量精度，且要求测量多组实验数据，电流表应选用_______；电压表应选用_______；滑动变阻器应选用_______。（只填字母代号）
（2）在答题卡的方框内画出符合要求的实验电路图。_______
【答案】 A C F
【解析】（1）[1][2][3]电源电动势为5V，选0 ~ 15V量程的电压表读数误差较大，电压表应选C。通过电阻丝的最大电流约为
电流表应选A；为方便实验操作，滑动变阻器应选F。
（3）[4]电压从0开始测量，滑动变阻器应采用分压接法
则电流表应采用外接法，实验电路图如图所示
【例2】（2022·江苏连云港·二模）小芳同学想利用实验室的器材描绘出某电风扇的伏安特性曲线。她通过说明书得到电风扇的额定电压为5.0V，额定功率约为2.5W。器材有：
电源E：电动势为6.0V，内阻忽略不计
电流表A1：量程0.6A，内阻约为10Ω
电流表A2：量程100mA，内阻为r2=4Ω
定值电阻R1=10Ω
定值电阻R2=50Ω滑动变阻器R3：最大阻值10Ω，最大电流0.5A
滑动变阻器R4：最大阻值3Ω，最大电流3A
滑动变阻器R5：最大阻值100Ω，最大电流3A
开关、导线等。
（1）滑动变阻器应选用______（选填“R3”“R4”或“R5”）；为了精确测量数据，选用定值电阻_______（选填“R1”或“R2”），将电流表A2改装成电压表使用。
（2）请根据选用的实验器材设计实验电路，将最优电路设计图画在图甲虚线方框内，电风扇符号用M表示，需在图中标上所用元件对应的符号________。
（3）小芳在实验中发现，小电风扇在电流较小时不能转动。她多次测量描绘出I2一I1图像如图乙所示，其中I1为电流表A1的读数，I2为电流表A2的读数。当I1为0.10A，I2为10mA时，小电风扇的电阻为______Ω（结果保留两位有效数字）。
（4）从小芳描绘的I2一I1图像可以看出，随着I2的不断增大，I1先增大到某值时突然减小，造成这种现象的原因是______。
【答案】 R4 R2 6.0 电动机突然开始转动，产生了反电动势
【解析】（1）[1]电风扇的额定电压为
额定功率为
电风扇的额定电流为
由于要描绘出这台电风扇的伏安特性曲线，电压需要从0调节，滑动变阻器采用分压式，使得串联接入电路部分的电流有可能大于0.5A，所以为了防止滑动变阻器烧坏且操作方便，滑动变阻器选；
[2]通过电流表A2与电阻串联改装成电压表，因电压调节范围为0～5.0V，需要串联的电阻阻值为
所以选取固定电阻
改装成电压表，其量程为
（2）[3]因为电压需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，因此电流表采用外接法，电路图如图所示
（3）[4]小电风扇在电流表读数小时电风扇不能转动，属于纯电阻电路，实验数据得知为0.10A时，为
小电风扇的电阻为
（4）[5]小电风扇在电流较小时不能转动，随着电流的不断增大，电动机突然开始转动，产生了反电动势，所以先增大到某值时突然减小。
创新突破
重点讲析
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点，常见创新点如下：
实验原理的创新
1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况。
2.借助伏安特性曲线进行实验数据处理，计算小灯泡的最小功率和最大功率。
【例1】（2022·安徽马鞍山·三模）某同学进行“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验：要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。已选用的器材有：
待测小灯泡（额定电压为2.5V，额定功率为1.5W）；
电源（电动势为3V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0~0.6A，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0~3V，内阻为3kΩ）；
开关一个、导线若干。
（1）实验中所用的滑动变阻器应选_____。（填写器材前面的序号）
A．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）
B．滑动变阻器（最大阻值100Ω，额定电流2A）
（2）描绘出小灯泡的I-U特性曲线如图中实线所示，则可知该灯泡电阻随电压升高而____（填“增大”“减小”或“不变”）；已知图中虚线为该灯泡两端电压为1.5V时I-U特性曲线的切线，则此时灯泡的实际阻值为_____Ω（保留两位有效数字）。
（3）若将两只完全相同的该灯泡串联后与一电动势为3V、内阻为2Ω的电源串联成闭合回路，则每只灯泡的实际功率为_______W（结果保留两位有效数字）。
【答案】 A 增大 2.8##2.7##2.6##2.9 0.45##0.46##0.47##0.48##0.49##0.50##0.51##0.52##0.53实验器材及目的的创新
1.电路中增加R2和S2，作用是实验前使电容器所带的电荷中和。
2.实物连线图随之发生变化。
3.将测小电珠的伏安特性曲线改为测电容器充电时两极间的Ut图线。
实验方案创新
1.由测小灯泡换成分析电源。
2.由伏安法测小灯泡伏安特性曲线，改为利用伏安特性曲线分析。
【解析】（1）[1]描绘小灯泡伏安特性曲线，需要将滑动变阻器采用分压式接法，为方便实验操作滑动变阻器应选较小电阻，故选A；
（2）[2]小灯泡伏安特性曲线的割线斜率为小灯泡的电阻的倒数，则可知该灯泡电阻随电压升高而增大；
[3]灯泡两端电压为1.5V时，此时灯泡的实际阻值为
（3）[4]当把两只这样规格的小灯泡串联后直接接在电动势为3V、内阻为2Ω的电源上组成闭合回路时，设小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律可得
所以灯泡电压
在U-I中作出上式的图像，如下所示
图线交点坐标约为(0.45V，1.05A)，则每只灯泡的功率为
则每只灯泡的实际功率为0.45~0.53W。
【例2】（2022·湖南师大附中二模）表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：
（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_________（填“甲”或“乙”）；
（2）在图中的方格纸内画出小灯泡的曲线；________U/V
0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
（3）有人推论：如果灯泡两端的电压增大到3.5V，那么灯泡中通过的电流一定小于0.251A，你认为他的推论是否正确，_______为什么？_______。
（4）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A。
【答案】 甲 正确 见解析 0.210
【解析】（1）[1]由表格数据，灯泡电压要从0开始变化，应选择分压式电路，故选甲；
（2）[2]小灯泡的曲线如图所示
（3）[3][4]正确，因为从图线可知，电压越高，灯丝电阻越大，因此3.5 V时的电阻肯定比3.0 V时大，假设此两电压下的电阻相等，则
解得
所以3.5V电压对应的实际电流I<0.2508 A，因此灯泡中通过的电流一定小于0.251 A。
（4）[5]流过电阻R的电流是通过灯泡b的两倍，则流过灯泡a的电流是b的三倍；同时灯泡a和b的电压之和为3 V，则（0.070 A，0.30 V）（0.210 A，2.70 V）两点刚好符合要求，故流过a灯的电流约为0.210 A。
真题突破
重点讲析
1．（2021·全国·高考真题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：
小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）
电压表（量程300mV，内阻300）
电流表（量程300mA，内阻0.27）
定值电阻R0
滑动变阻器R1（阻值0-20）
电阻箱R2（最大阻值9999.9）
电源E（电动势6V，内阻不计）
开关S、导线若干。
完成下列填空：
（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；
（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；
（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：
U/mV
24.0
46.0
76.0
110.0
128.0
152.0
184.0
216.0
250.0
I/mA
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
240.0
260.0
280.0
300.0
（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；
（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则=_______（保留至整数）。
【答案】 10 a 0.7 2700 增大 0.074 10
【解析】（1）[1]因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压
则有
则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；
（2）[2]为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；
（3）[3]由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为
（4）[4]由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有
解得
（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大；
（6）[6]根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mA，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46V，则此时小灯泡电功率
P1=0.46V×0.16A≈0.074W
[7]同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率
P2=2.5V×0.3A=0.75W
故有
2．（2021·河北·高考真题）某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。
（1）根据图1，完成图2中的实物连线______；
（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是______（单项选择，填正确答案标号）；
A．电流表短路
B．滑动变阻器的滑片接触不良
C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端
（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为______（保留三位有效数字）。
【答案】 C
【解析】（1）[1]电流表负极与滑动变阻器的右端的位置连接，如图
（2）[2]开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。A．电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；
B．滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；
C．滑动变阻器的滑片开始时置于端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确；
故选C。
（3）根据小灯泡的伏安特性曲线可知在点时的电压和电流分别为
，
根据欧姆定律可知小灯泡的电阻为
3．（2020·江苏·高考真题）某同学描绘一种电子元件的关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，
mA为电流表，E为电源（电动势约），R为滑动变阻器（最大阻值），为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的图线____________。电压
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
(3)根据作出的图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻，会导致的两个后果是_________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
【答案】 非线性元件 BC
【解析】(1)[1]根据题意连接电路如图
(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图
(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。
(4)[4]AB．图线上某点与原点连线的斜率为，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；
CD．根据图像可知待测元件的电压范围小于，而电源电动势为，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。
故选BC。
4．（2020·全国·高考真题）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。
（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。
（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。
（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。
根据实验数据可算得，当I1=173 mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。
（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。I1/mA
32
55
85
125
144
173
I2/mA
171
229
299
379
424
470
【答案】 180 11.6 8.0
【解析】（1）根据电路图连接实物图如图所示
（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有
②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为
③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；
（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为
（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有
解得，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于。
5．（2020·浙江·高考真题）（1）小明同学用多用电表测量一未知电阻器的阻值。经过规范操作后，所选欧姆挡倍率及指针位置分别如图甲、乙所示，则此电阻器的阻值为_____Ω
（2）在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中：
①如图丙所示，已经连接了一部分电路，请在答题纸上对应位置将电路连接完整_____。
②合上开关后，测出9组Ⅰ、U值，在坐标系中描出各对应点，如图丁所示。请在答题纸对应位置的图中画出此小灯泡的伏安特性曲线_____。
③与图丁中P点对应的状态，小灯泡灯丝阻值最接近______。A．16.7Ω B．12.4Ω C．6.2Ω
【答案】 1750（1700～1800） C
【解析】（1）[1]阻值为欧姆表盘读数乘以倍率：
（2）①[2]根据图丁可知电压表选择0到3V量程即可，数据从0开始测量，滑动变阻器采用分压接法：
②[3]用平滑曲线画出伏安特性曲线：
③[4]根据图像结合欧姆定律：
所以C选项的电阻较为接近。模拟突破
重点讲析
1．（2022·安徽·合肥一中高三开学考试）某同学欲测量一小灯泡2V，1.2W完整的伏安特性曲线：
（1）请在图1中，以笔画代替导线，完成电路图的连接。___________
（2）在正确完成一系列操作后得到了如图2所示的小灯泡伏安特性曲线，图中虚线为过点P(1.50，0.54)图线的切线，由图线可知该小灯泡电阻随其两端电压的升高而___________（填“增大”、“减小”或“不变”）；当灯泡两端电压为时，其电阻为___________（保留2位小数）。
（3）若将该小灯泡用导线直接与一节电动势，内阻的干电池相连构成闭合电路，则小灯泡的实际功率___________W （保留2位小数）。
【答案】 增大 2.78 0.47##0.45##0.46##0.48##0.49
【解析】（1）[1]由所给小灯泡参数可估算其电阻在左右，所以电流表分压作用明显而电压表分流作用微不足道，故电流表应“外接”。要测定“完整”伏安特性曲线，小灯泡两端电压需从零调起，所以滑动变阻器应采用“分压”式接法。所以电路连接如图所示；（2）[2]由电阻的定义式并结合图2可知，当小灯泡两端电压增大时，其电阻亦增大；
[3]当小灯泡两端电压为时，其电流为，所以此时小灯泡的电阻为
（3）[4]由可知，在图2中过两点画一条直线即“电动势为、内阻为”的电源的工作曲线，其与小灯泡的伏安曲线的交点为，即将小灯泡与电池直接连接时小灯泡的工作点。所以，此时小灯泡的功率为
2．（2022·江苏省海头高级中学二模）实验室提供器材如下：电池组（电动势，内阻）；电流表（量程，内阻约）；电流表（量程，内阻未知）；电阻箱R（阻值）；滑动变阻器（阻值）；开关一只，导线若干。
为研究一只额定电压、额定电流的小灯泡的伏安特性，某同学利用上述器材进行了以下实验：
（1）设计图（a）所示电路测定电流表的内阻。具体操作为：闭合开关S，由大到小改变电阻箱的接入电阻R，当时，电流表的指针位置如图（b）所示。则表的示数为__________，内阻__________。
（2）将表改装为量程的电压表。具体操作为将电阻箱与表串联，调节电阻箱使串入电阻值为_______。
（3）设计图（c）所示电路研究小灯泡的伏安特性，具体操作为：利用测得的多组数据，在图（d）所示小灯泡的坐标图中确定出多个数据点的位置。（图中横轴为表的示数值，可直接反映通过小灯泡的电流，纵轴为表的示数值，可间接反映小灯泡两端的电压）。
①请在图（d）中作出小灯泡的图线______；
②由图可知，当通过小灯泡的电流为时，小灯泡的实际功率为________；（取2位有效数字）
③若将小灯泡直接接在一个电动势、内阻的旧电池组两端，小灯泡的实际功率为______W。（取2位有效数字）【答案】 2.00 20 980 0.12 0.73
【解析】（1）[1]电流表A2的量程是3mA，由图（b）所示表盘可知，其分度值为0.1mA，则示数为2.00mA。
[2]根据图（a）所示电路图，由闭合电路的欧姆定律得
代入数据解得
（2）[3]把电流表A2改装成量程是3V的电压表，由欧姆定律可得，串联电阻阻值
（3）①[4]根据坐标系内描出的点作出图像如图所示
②[5]由图所示图像可知，当时，，此时灯泡两端电压
灯泡实际功率
③[6]旧电池阻与小灯泡组成闭合电路，路端电压，路端电压，则有
作出图像如图所示
由图所示可知，流过灯泡的电流
灯泡两端电压
则灯泡实际功率
3．（2022·山西吕梁·二模）某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究一小灯泡（4V，0.45W）的伏安特性，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材∶
A．直流电源（6V，内阻不计）
B．电流表A1（量程0~3A，内阻等于0.5Ω）
C．电流表A2（量程0~60mA，内阻等于25Ω）
D．电压表V1（量程0~15V，内阻等于15kΩ）
E．电压表V2（量程0~3V，内阻等于3kΩ）
F．滑动变阻器R1（0~20Ω，5A）
G．滑动变阻器R2（0~200Ω，1A）
H．定值电阻R3（阻值25Ω）
I．定值电阻R4（阻值1kΩ）
J．开关与导线若干
（1）实验中电压表应选______，电流表应选_______，滑动变阻器应选_______（均填写器材前面的序号）；
（2）请在虚线框内画出实验电路图_______；
（3）该小组通过实验描出了电流表示数与电压表示数的关系如图甲所示；
（4）该小组将实验用小灯泡、阻值为50Ω的定值电阻和内阻不计、电动势为4V的电源连成图乙电路，此时小灯泡的功率为__________W（保留2位有效数字）。【答案】 E C F 0.067（0.065~0.069之间均正确）
【解析】（1）[1][2][3]根据小灯泡的额定电压（4V）和功率（0.45W）可计算其额定电流为112.5mA，可知电压表需要选择V（量程0~3V，内阻等于3kΩ），并将其改装为量程大于4V的电压表。电流表需选择A（量程0~60mA内阻等于25Ω），并将其改装为量程大于112.5mA的电流表，由于要研究伏安特性，故需选用分压电路，滑动变阻器应选择R（0~20Ω，5A），所以电压表应选E，电流表应选C，滑动变阻器应选F；
（2）[4]结合（1）问分析，电路设计如图所示
（4）[5]由于作出的图像为电压表和电流表的示数关系图，结合（2）问中设计的电路图，根据欧姆定律可知若电压表读数为U，电流表读数为I，则小灯泡两端电压为，流经小灯泡的电流为2I，由闭合电路欧定律得
结合图甲中数据整理可得
作出U-I关系如图所示
两图线的交流为（28mA，0.9V），小灯泡的功率
4．（2022·天津·耀华中学二模）电阻Rx的电阻值在3kΩ~5kΩ间，现要测量其电阻，实验室提供了下列器材：
电压表V（量程3V，内阻约为30kΩ）
电流表A1（量程100μA，内阻约为100Ω）
电流表A2（量程1mA，内阻约为10Ω）
滑动变阻器R（最大电阻500Ω）
电源E（电动势4V）
开关S
某课外活动小组设计了如图甲所示的测量电路进行了实验，请回答下列问题：
①电路中电流表应选用上述器材中的____________（填写字母代号）；
②闭合开关S前，滑动变阻器的滑动触头P应滑到____________（选填“a”或“b”）端；
③实验中得到的I－U图线如图丙中的实线d所示，由于本实验存在误差，你认为电阻Rx的真实I－U图线应为图丙中图线__________（选填“c”或“e”）。
【答案】 A2 a c
【解析】①[1]当电流表满偏时，此时电路中的电流
所以电流表选A2；
②[2]滑动变阻器分压接法，为了保护电路，则应使分出去的电压为零，故滑片应滑于a端；
③[3]本次实验是用电流表的内接法测电阻的，所以电压表测的是电流表和Rx的总电压，那么电压和电阻的测量值均偏大，故真实的图象应是c；
5．（2022·北京·中关村中学三模）某同学想通过测绘小灯泡的I－U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律。所用器材如下：
待测小灯泡一只，额定电压为2.5V，电阻约为几欧；电压表一个量程0~3V，内阻为3kΩ；
电流表一个，量程0~0.6A，内阻为0.1Ω：
滑动变阻器一个，干电池两节，开关一个，导钱若干。
（1）请在左图中补全实验的电路图( )
（2）图中开关S闭合之前，应把滑动变阻器的滑片置于______（填“A”或“B”）
（3）该同学通过实验作出小灯泡的I－U图像如所示，则小灯泡正常工作时的电阻为______Ω。同学同时计算出小灯泡的额定功率为______W（保留两位有效数字）
（4）某同学按下图连接电路进行实验。连接电格元件后，闭合开关S，发现两个灯都不亮。该同学用多用电表的直流电压档来检测电路哪个位置发生了故障，他在闭合开关S的情况下把多用电表的一个表笔始终接在电路的A点上，用另一个表笔依次接触电路中的B、C、D、E、F等点，很快统找到了故障所在位置。
a.应该用红表笔还是黑表笔始终接触A点？( )
b.请说明：怎样根据多用电表的读数检查出故障价在的位置？( )
【答案】 B 5.7##5.8##5.9##6.0 1.0##1.1 红表笔 见解析
【解析】（1）[1]待测小灯泡电阻约为几欧，则应采用电流表外接法，补全实验的电路图如图：
（2）[2]图中开关S闭合之前，应保证小灯泡两端电压最小，故应把滑动变阻器的滑片置于B。
（3）[3]小灯泡额定电压为2.5V，由小灯泡的I－U图像可知此时的电流为0.42A，故小灯泡正常工作时的电阻
（5.7~6.0都正确）
[4]小灯泡的额定功率为
（1.0~1.1都正确）
（4）a.[5]多用电表的红表笔接电源的正极，故应该用红表笔始终接触A点。
b.[6]用红表笔接在A点，黑表笔先接触B点，如果电压表有示数，说明电源是好的。再用黑表笔先接触F点，如果电压表有示数，说明AF之间有断路，以此类推，黑表笔与E、D、C接触，如果电压表有示数，则表明AE、AD、AC间是断路的。
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