11.6描绘小灯泡的伏安特性曲线（解析版）高考一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲第11章恒定电流第11.6讲描绘小灯泡的伏安特性曲线【知识点精讲】一、实验基本原理(1)原理：测量多组U、I值，绘制I­U图象，由图象反映电流与电压的关系。(2)电路图（3）实物连线图二、实验操作(1)连线路：电压表、电流表量程合适，闭合开关前，滑动变阻器滑片位置正确。(2)采用分压电路：电流、电压能从零开始测量。(3)逐渐增大电压，测量对应电流，测量多组。(4)作I­U图象：描点准确，用平滑曲线连接。三、数据处理1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系。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，得到小电珠的伏安特性曲线。三、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。【方法归纳】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：本实验要作出I­U图象，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法。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置于使接入电路的电阻最大位置处。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。【最新高考题精练】1.（2023高考全国甲卷）（5分）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω，实验中有图（a）和（b）两个电路供选择。（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路为图（填“a”或“b”）（2）若选择另一电路图进行实验，在答题卡所给图上画出实验中应得到的关系曲线的示意图。【参考答案】（1）图（a）（2）【命题意图】本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线电路选择及其对伏安特性曲线的理解。【解题思路】（1）根据得到的电流I和电压U的关系图像可知，当电压为额定电压U=6V时，通过的电流为I=0.5A，可知，该同学选择的电路为图（a）。（2）由于小灯泡正常发光时电阻RD=U/I=6Ω，若选择另一电路图进行实验，则在电流表读数为0.5A时，电压表读数为U’=I（RD+rA）=0.5×（6+1.5）=3.75A，所以实验应该得到的关系图像如下。【规律总结】采用电流表外接电路，则电流表读数稍大于通过小灯泡的电流；采用电流表内接电路，则电压表读数稍大于通过小灯泡两端电压。2.（2022·全国理综乙卷·23）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为______（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为______（填“”或“”）的定值电阻；（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流麦的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______（保留3位有效数字）。【参考答案】①.②.③.④.⑤.⑥.【名师解析】（1）[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下（2）[2]电路中应选最大阻值为的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；[3]通过电流最大为，需要将电流表量程扩大为原来的倍，根据并联分流的规律示意图如下根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知解得（3）[4]电压表每小格表示，向后估读一位，即；[5]电流表每小格表示，本位估读，即，电流表量程扩大倍，所以通过的电流为；[6]根据欧姆定律可知【最新模拟题精练】1.（2023山东日照三模）小灯泡的说明书上标明额定电压为，伏安特性曲线如图甲所示。某同学通过实验验证它的伏安特性，所使用的器材有：电压表（量程，内阻）；电流表（量程，内阻）；定值电阻（阻值）；滑动变阻器（阻值）；电源（电动势，内阻不计）；开关；导线若干。（1）实验要求能够实现在的范围内对小灯泡的电压进行测量，在答题卡的虚线框内画出实验电路原理图______。（2）请根据原理图，用笔画线代替导线在图乙实物接线图中完成导线的连接______。（3）经验证，小灯泡的伏安特性曲线与说明书上的一致。现用另一电源（电动势，内阻）和小灯泡、滑动变阻器、开关以及导线连接成图丙所示的电路。滑动变阻器的滑片在最左端时闭合开关，稳定后小灯泡的电阻_______。调节滑动变阻器的阻值，在可变化范围内，小灯泡的最大功率_______W。（结果均保留2位有效数字）【参考答案】①.②.③.9.0④.0.94【名师解析】（1）[1]实验要求能够实现在的范围内对小灯泡的电压进行测量，应采取分压法，电流表量程太小，应并联定值电阻增大量程，如图（2）[2]如图（3）[3][4]根据闭合电路欧姆定律整理得在小灯泡的伏安特性曲线上作图交点对应电压U=19V电流I=0.21A当滑动变阻器接入电路中电阻为零时，灯泡功率最大，此时电源内阻，作出电源的伏安特性曲线（虚线）如图交点对应电压U1=3.48V电流I1=0.27A小灯泡的最大功率0.94W2.(2023苏州八校三模)某同学在实验室探究二极管的伏安特性曲线。（1）为了粗测二极管的正向电阻，该同学将多用电表的选择开关旋到电阻“”档，当指针偏转角度较大时，红表笔连接的是二极管的___________（选填“正”或“负”）；此时，多用电表的指针如图所示，二极管的正向电阻为___________。（2）用伏安法描绘二极管在范围内的正向伏安特性曲线，器材如下电压表V（量程为，内阻约为）电流表A（量程，内阻约为）滑动变阻器（总电阻为，额定电流为）滑动变阻器（总电阻为，额定电流为）电源E（电动势，内阻不计）开关S，导线若干其中，滑动变阻器应该选___________（选填“”或“”）利用图所示的器材符号，画出实验电路原理图。（）（3）二极管的正向电压伏安特性曲线如图所示，现将两个相同的二极管串联在电路中，如图所示。已知电阻，电源的电动势（内阻不计），通过二极管D的电流为___________，电阻消耗的功率为___________。（结果保留2位有效数字）【参考答案】①.负②.600③.④.⑤.2.0⑥.16【名师解析】（1）[1]根据多用电表中两表笔电流的流向为“红进黑出”，欧姆表指针偏转过大，可知红表笔与二极管的负极相连；[2]此时，多用电表的指针位于6刻度处，二极管的正向电阻为600；（2）[3]电源电动势为6V，R1最大电阻为10Ω，则电流为超过其额定电流，故滑动变阻器选择R2；[4]设计电路如图：（3）[5]设二极管D两端的管压为UD，流过二极管的电流为ID．则有代入数据解得UD与ID的关系为这是一个在图2中横轴上截距为1.5，纵轴上截距为6、斜率为-4直线方程（称为二极管的负载线）因管压UD与流过二极管电流ID还受二极管D的ID-UD特性曲线的限制，因而二极管就工作在负载线与ID-UD特性曲线的相交点P上（如右图所示）．由此得二极管两端的管压和电流分别为UD=1.0V，ID=2.0mA[6]电阻R1上的电压其功率3.（2023重庆信息联考卷3）某同学利用如图甲所示的电路探究规格为“3V1.8W”的小灯泡的伏安特性，根据实验情况，回答下列问题：（1）在小灯泡接入电路前，使用多用电表直接测量小灯泡的电阻，则应将选择开关旋至哪个挡进行测量________（填选项前字母）；A．直流电压3VB．直流电流0.6AC．电阻“”D．电阻“”（2）图甲中R为滑动变阻器（阻值范围，额定电流1.0A），L为待测小灯泡，V为电压表（量程3V，内阻10k），A为电流表（量程0.6A，内阻），E为电源（两极间电压6V），S为开关．①在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于________（填“最左”或“最右”）端；②在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因可能是________导线没有连接好（图甲中的小圆点表示接线点，并用数字标记，请用图甲中的数字说明存在断路的导线，如“2点至3点的导线”）；③排除故障后进行实验，该同学描绘出的小灯泡的I-U特性曲线如图乙所示，则可以看出小灯泡的阻值随着两端电压的增大而________，电压为时，小灯泡的电阻为________，功率为________W．【参考答案】①.D②.最左③.1点至5点④.增大⑤.2.5⑥.0.4【名师解析】（1）[1]小灯泡的电阻为使用多用电表直接测量小灯泡的电阻，则应将选择开关旋至电阻“”。故选D。（2）①[2]滑动变阻器起保护电路作用，滑片P应置于最左端；②[3]闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，滑动变阻器实际上被接成了限流接法；故是1点至5点的导线没有接好；[4][5][6]根据小灯泡的I-U特性曲线可以看出小灯泡的阻值随着两端电压的增大而增大；电压为时，电流，小灯泡的电阻为此时的电功率为4.（2023长沙二模）我国清洁能源设备生产规模居世界首位。太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池板在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性。所用的器材包括：太阳能电池板，电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干。该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的I-U图象。（1）为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的图_________（填“a”或“b”）。（2）已知电压表的量程为内阻为，若要将该电压表改装成量程为的电压表，该电表需串联一个__________的电阻。（3）当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，若把它与阻值为的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是__________%。（结果保留两位有效数字）（4）由图乙可知，太阳能电池板在没有光照时（没有储存电能）的伏安特性曲线，太阳能电池板没有光照时（没有储存电能）用符号表示，将两个这样同规格的电池板接入电路如丁图所示，已知电源电动势，内阻，定值电阻，可得每个电池板消耗的功率_________（保留三位有效数字），若考虑测伏安曲线过程电压表分流，该功率测量值_________（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。【参考答案】①.a②.10③.80④.2.62⑤.大于【名师解析】（1）[1]I-U特性曲线，电压电流从零开始变化，滑动变阻器需采用分压式接法，a电路中滑动变阻器采用分压式接法，b电路中滑动变阻器采用限流式接法。故选a。（2）[2]由串联分压的原理可得解得（3）[3]将该电阻接入该电路，做出该电阻的图线与该电源的图线交于一点该交点的横纵坐标表示该电阻接入该电路中时，流过该电阻的电流和其两端的电压，由此可得%（4）[4]丁图等效内阻为等效电动势为设每个两端的电压为U，每个电流为I，由闭合电路欧姆定律可得代入数据得作图出图像可得，每个电池板消耗的功率约为[5]甲图a由于电压表分流，电流测量值偏大，测量值比真实值交点上移，可得功率测量值偏大。6.(2023云南昆明一中第9次质检)一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有电压表V（量程为，内阻很大）、电流表A（量程为，内阻为）、电源E（电动势约为，内阻不计）、滑动变阻器R（最大阻值可选或）、定值电阻（阻值可选或）、开关S、导线若干。（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；___________（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为___________（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为___________（填“”或“”）的定值电阻；（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为___________V，流过的电流为___________，此组数据得到的的阻值为___________（保留3位有效数字）。【参考答案】①.（2）②.③.（3）④.2.30⑤.5.04⑥.456【名师解析】（1）[1]要使电流连续可调则应选择分压式接法，而电流表的内阻与待测电阻相差不大，因此电流表需要外接，另外，电流表的量程不够，需要并联定值电阻改装成较大量程的电流表，电路图如下所示（2）[2]滑动变阻器采用分压式接法，因此应选择最大可调电阻小的滑动变阻器，故选的滑动变阻器；[3]电流表的改装应用额是并联分流的原理，而并联之后两支路电压相等，根据并联电路的特点，电流值比等于电阻的反比，即且，解得（3）[4]由图（b）可知，电压表的精度为，因此在读数时需要估读到下一位，读得电压表的读数为，而电压表测得时电阻两端得电压，因此可知两端得电压为[5]由图（c）可知，电流表的精度为，采用二分之一读法，不需要估读到下一位，读得电流表的读数为,则可知改装后的电流表此时所表示的电流为，因此流过的电流为[6]根据部分电路的欧姆定律可得7.（2023湖南益阳桃江一中模拟）一个小电珠上标有“”的字样，现在要用伏安法描绘出这个电珠的图象，有下列器材供选用：A．电压表（量程为，内阻约为）B．电压表（量程为，内阻约为）C．电流表（量程为，内阻约为）D．电流表（量程为，内阻约为）E．滑动变阻器（阻值范围为，额定电流为）F．滑动变阻器（阻值范围为，额定电流为）(1)实验中电压表应选用_______，电流表应选用_______（均用器材前的字母表示）。(2)为了尽量减小实验误差，要电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器调节方便，滑动变阻器应选用_________（用器材前的字母表示）。(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图_____，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图_______【参考答案】①.A②.D③.E④.⑤.【名师解析】(1)[1]因为电珠的额定电压为，为保证实验安全，选用的电压表量程应稍大于，但不能大太多，量程太大则示数不准确，所以只能选用量程为的电压表，故选A；[2]由得，电珠的额定电流应选用量程为的电流表，故选D。(2)[3]由题意可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中，为调节方便应选总阻值小的滑动变阻器，故选E。(3)[4][5]电珠内阻电压表内阻远大于电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图分别如图乙、丙所示8.（2023云南昆明24中二模）用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组的电动势E和内阻r，又能同时探究小灯泡的伏安特性。A.电压表V1（量程5V、内阻很大）B.电压表V2（量程3V、内阻很大）C.电流表A（量程3A、内阻很小）D.滑动变阻器R（最大阻值10Ω、额定电流3A）E.小灯泡（2.5V，5W）F.电池组（电动势E，内阻r）G.开关一只，导线若干实验时，调节滑动变阻器的电阻，多次测量后发现：若电压表的示数增大，则电压表的示数减小。（1）请将你设计的实验电路图在图甲的虚线方框中补充完整。______（2）每一次操作后，同时记录电压表和的读数和，电流表A的示数，组成两个坐标点，，标到坐标中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图乙所示，则电池组的电动势E=______V、内阻r=______Ω。（结果保留两位有效数字）

（3）在坐标中两条图线在N点相交，此时小灯泡的阻值R为______Ω，实际功率为______W，电池组的总功率为______W。（结果都保留三位有效数字）【参考答案】①.②.4.5③.1.0④.1.25⑤.5.00⑥.9.00【名师解析】（1）[1]电路如图所示（2）[2][3]由图示电源的图像可知，图像的纵截距为4.5，则电源电动势电源内阻（3）[4]由于两图线交点坐标值为此时灯泡电阻[5]灯泡的功率[6]电源的总功率9.（2023浙江萧山名校联考）萱萱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，导线若干。（1）请在图甲中补全实验的电路图_________：（2）该同学通过实验作出小灯泡的图像如图乙所示，则小灯泡正常工作时的电阻为___________Ω；（结果保留三位有效数字）（3）已知某型号旧电池电动势为2.0V，内阻为1.25Ω，现用该电池给（2）中小灯泡供电，则小灯泡实际功率为___________W。（结果保留两位有效数字）【参考答案】①.②.5.81（）③.0.58（0.53-0.60）【名师解析】（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]小灯泡额定电压为2.5V，由小灯泡的图像可知此时的电流为0.43A，故小灯泡正常工作时的电阻（3）[3]有闭合电路欧姆定律可得做出电源的图像由图像交点可知小灯泡的实际电压为1.6V，电流为0.36A，则小灯泡消耗的实际功率为10.（2023江苏南京市中华中学一模）某同学通过实验研究LED发光二极管的伏安特性。（1）判断二极管正负极：李华同学用多用电表“挡”来测量