实验9 描绘小电珠的伏安特性曲线-2023年高考物理实验专项突破（原卷版）

备战2023年高考物理实验专题突破

实验09描绘小电珠的伏安特性曲线

咨思维突破

8掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法__________________________

，底跖丽②掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数形

---------J~[③会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率

根据电阻定律公式知道只要测量出金属导线的长度L和它的直径4,计算出导线

，陵跖瓯的横截面积S,并用伏安法测出金属导线的电阻R,即可计算出金属导线的电阻率

_被测金属导线，直流电源(4V),电流表(0-0.6A),电压表(O~3V),滑动变阻器

一实验器材卜-(50Q),开关，导线若干，螺施测微器，毫米刻度尺

①用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，

求出其平均值d

②接好用伏安法测电阻的实验电路

③用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复

测量三次,求出平均值/

_____[（钮头哈班少舞J1__

④把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置

⑤改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示

数1和U的值,记录在表格内

⑥拆除实验线路，整理好实验器材

夕原型突破

一、基本原理与操作

原理电路图操作要领

(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。和电

流值/，填入自己设计的表格中

(3)画图象：画/—U图线

二、数据处理

(1)在坐标纸上以U为横轴，以/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。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10Q),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0.5Q的电流表；

B.量程为0~3A,内阻约为0.1Q的电流表；

C.量程为0~3V,内阻约为6kQ的电压表；

D.量程为0~15V,内阻约为30kQ的电压表；

E.阻值为0~lkQ,额定电流约为0.5A的滑动变阻器；

F.阻值为0~10Q,额定电流约为2A的滑动变阻器；

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o（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。

[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6QV,内阻忽略不计

电流表Ai：量程0.6A,内阻约为10Q

电流表A2：量程100mA,内阻为厂2=4Q

定值电阻R/=10Q

定值电阻处=50Q

滑动变阻器尺3：最大阻值10Q,最大电流0.5A

滑动变阻器处：最大阻值3Q,最大电流3A

滑动变阻器尺5：最大阻值100Q,最大电流3A

开关、导线等。

（1）滑动变阻器应选用（选填"七"2/'或"R」）；为了精确测量数据，选用定值电阻

（选填加"或,将电流表Az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o

（3）小芳在实验中发现，小电风扇在电流较小时不能转动。她多次测量描绘出上一刀图像

如图乙所示，其中//为电流表Ai的读数，刀为电流表A2的读数。当//为0.10A,/2为10mA

时，小电风扇的电阻为O（结果保留两位有效数字）。

（4）从小芳描绘的/2—图像可以看出，随着力的不断增大，//先增大到某值时突然减小,

造成这种现象的原因是

创新突破

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

[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。己选用的器材有：

待测小灯泡（额定电压为2.5V,额定功率为L5W）；

电源（电动势为3V,内阻约1Q）;

电流表（量程为0~0.6人，内阻约5Q）；

电压表（量程为0~3V,内阻为3kQ）；

开关一个、导线若干。

（1）实验中所用的滑动变阻器应选o（填写器材前面的序号）

A.滑动变阻器（最大阻值5Q,额定电流2A）

B.滑动变阻器（最大阻值100Q,额定电流2A）

（2）描绘出小灯泡的/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/。特性曲线的切线,

（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2Q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）。

【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:

U/V00.20.51.01.52.02.53.0

I/A00.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215

甲

（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;

UN

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

00.050.100.150.20Z/A

（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Ao

真题突破

1.（2021•全国•高考真题）某同学用图（°）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300Q）

电流表（量程300mA,内阻0.27Q）

定值电阻凡

滑动变阻器处（阻值020Q）

电阻箱出（最大阻值9999.9Q）

电源£（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10Q、20Q、30Q的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在

0~300mA的S曲线，&应选取阻值为Q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""'或7"）端；

（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱心的阻值置零，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（6）所示。当流过电流表的电流为10mA时,

小灯泡的电阻为Q（保留［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，应将处的

阻值调整为Q。然后调节滑动变阻器R/,测得数据如下表所示：

U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0

//mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0

（5）由图（6）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

率尸产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

为尸?，则［=（保留至整数）。

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（6.3V,

0.15A）,直流电源（9V）,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。

图1图2

（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6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，根据图像计算出产点对应状态下小灯泡的电阻为Q（保留

三位有效数字）。

b

【答案】C27.0

【解析】（1）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6V）,R为滑动变阻器（最大阻值20。），凡为定值电

阻，S为开关。

电压表

⑴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:

电压U/V0.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750

电流77mA0.000.100.250.601.704.307.50

请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的/-U图线

⑶根据作出的/-。图线可知，该元件是（选填"线性"或"非线性"）元件。

⑷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

4.（2020・全国•高考真题）某同学要研究一小灯泡L（3.6V,0.30A）的伏安特性。所用器材

有：电流表Ai（量程200mA,内阻耳/=10.00）,电流表A2（量程500mA,内阻&?=L0Q）、

定值电阻&（阻值&=10.0Q）、滑动变阻器五/（最大阻值10Q）、电源£（电动势4.5V,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/八7?分别为流过电流表Ai和A2的电流，利用//、&、和尺o写出：小灯泡两端

的电压U=,流过小灯泡的电流/=o为保证小灯泡的安全，//不能超过

______mAo

（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h和/2O所得实验数据在下表中给出。

///mA325585125144173

/2/mA171229299379424470

根据实验数据可算得，当//=173mA时，灯丝电阻尺=Q（保留1位小数）。

（4）如果用另一个电阻替代定值电阻尺°,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Q（保留1位小数）。

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Q

（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/、。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o

③与图丁中P点对应的状态，小灯泡灯丝阻值最接近。

A.16.7QB.12.40C.6.2Q

QXlkXlp0><10xi

OFF—一.5

250-10

5000Q/VY

2.125000Q/V

mA

eo

I//I\VJ

2.51050250500Y

图甲图乙

|77A

■模拟突破

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U=L50V时，其电阻为Q（保

留2位小数）。

（3）若将该小灯泡用导线直接与一节电动势E=L5V,内阻r=1.0Q的干电池相连构成闭合

电路，则小灯泡的实际功率尸=W（保留2位小数）。

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E=3V,内阻

r=lQ）;电流表A1（量程0~500mA,内阻约0.5。）；电流表A2（量程0~3mA,内阻未

知）；电阻箱R（阻值0~99990）；滑动变阻器R（阻值0~100）；开关一只，导线若干。

为研究一只额定电压2.5V、额定电流0.4A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A2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,当尺=1479.0。时，电流表A2的指针位置如图（b）所示。则A?表

图(d)

（2）将A2表改装为量程0〜3V的电压表。具体操作为将电阻箱与A2表串联，调节电阻箱

使串入电阻值为Qo

（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A-4坐标图中确定出多个数据点的位置。（图中横轴人为A1表的示数

值，可直接反映通过小灯泡的电流，纵轴4为A2表的示数值，可间接反映小灯泡两端的电

压）。

①请在图（d）中作出小灯泡的八-4图线；

②由图可知，当通过小灯泡的电流为200mA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E'=2.8V、内阻/*'=20的旧电池组两端，小灯泡的实际

功率为W»（取2位有效数字）

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Ai（量程0~3A,内阻等于0.5Q）

C.电流表A2（量程0~60mA,内阻等于25Q）

D.电压表Vi（量程0~15V,内阻等于15kQ）

E.电压表V2（量程0~3V,内阻等于3kQ）

F.滑动变阻器R/（0~20Q,5A）

G.滑动变阻器处（0~200Q,1A）

H.定值电阻入（阻值25Q）

I.定值电阻&（阻值lkQ）

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50Q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）。

4.（2022•天津•耀华中学二模）电阻R的电阻值在3kQ~5kQ间，现要测量其