考点27 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

考点27实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

题组一基础与经典题

1.用如图甲所示的电路图研究额定电压为24V的灯泡L的伏安特性，并测

出该灯泡在额定电压下工作时的电阻值。某同学建备了以下器材：

A.干电池组E（电动势3V）

B.滑动变阻器R（最大电阻5C）

C.电流表Ai（量程0.6A,内阻约0.5。）

D.电流表AM量程3A,内阻约0.1。）

E.电压表Vi（量程3V,内阻约3k。）

F.电压表V2（量程15V,内阻约15kC）

G.开关一个，导线若干

⑴实验应选用的电流表是________,电压表是________o（填器材前的字母序

号）

（2）在闭合开关S前，滑动变阻器触头应该放在_______端（选填切”或

（3）按电路图甲测出的灯泡电阻值与真实值相比（选填“偏大”或

“偏小”），根据所得到如图乙所示的图象，灯泡在额定电压下工作时的电阻值R

=Qo

答案（1）CE（2）67（3）偏小4.8

解析（1）因为小火二泡的额定电压为2.4V,所以电压表应选量程为3V的Vi,

即E。由图乙可知通过小灯泡的最大电流为（）.5A,电流表应选量程为（）.6A的Ai,

即C。

（2）闭合开关前，应将滑动触头置于滑动变阻器的。端，使灯泡两端电压为零,

以保护电流表。

(3)因采用电流表外接法，由于电压表的分流作用，电流表的测量值比真实值

大，则由欧姆定律R二彳可知测出的灯泡电阻值与真实值相比偏小。根据/-U图象

读出UL=2.4V时对应的电流/L=().5A,则灯泡在额定电压下工作时的电阻值为

R#=六C=4.8C。

2.某实验小组通过实验研究一个标有“3V0.8W”小灯泡的伏安特性曲

线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差。已选用的器材除

导线、开关外，还有：

A.电池组(电动势为4.5V,内阻约1。)

B.电流表(量程为0〜0.6A,内阻约为1Q)

C.电压表(量程为。〜3V,内阻约为3kQ)

彳・・卜・5・；…7・・}・・j・“・・

(1)实验电路应选用图甲中的(填字母代号)O

(2)按照⑴中选择的电路进行连线，如图乙所示，其中应该去掉的导线是

(选填相应的字母)。

(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最端(选填“左”或

“右”)。

(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数/

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为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图丙所

示。由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻_______(选填“增大”或“减

小”)，其发生变化的原因是____________________O

(5)如果将这个小火二泡接到电动势为1.5V、内阻为5。的电源两端，电路接

通后小灯泡两端的电压是________Vo

答案(1)D(2)c(3)左

(4)增大灯泡电阻随温度升高而增大

(5)0.74(0.72〜0.76V均正确)

解析(1)实验要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，滑动变阻器应采用分压接

法；灯泡正常发光时的阻值为==/C=11.25。，电流表内阻约为1。，

电压表内阻约为3kC,电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，故实

验电路应选择图甲中的电路图Do

(2)根据图甲中D实验电路图可知，图乙所示实物电路图中导线c是多余的，

应去掉。

(3)滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，由图乙所示实物图可知，闭合开

关前滑片应置于最左端。

(4)灯泡/-U图线上的点与坐标原点连线的斜率的倒数等于灯泡电阻，由图丙

可知，随着灯泡两端电压增大，图线上点与坐标原点连线的斜率减小，斜率的倒

数增大，灯泡电阻增大；随着灯泡两端电压U增大，流过灯泡的电流/增大，灯

泡的实际功率增大，灯泡温度升高，由于灯泡电阻受温度影响，随温度升

高而增大，因此随着电压的增大灯泡电阻增大。

(5)在灯泡图象的坐标系内作出电源的/-U图象如图所示，由图示图象可

知，灯泡两端电压约为0.74V。

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3.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，小电珠标有“3.6V1.8

W”字样，可供选用的器材如下：

①电流表A,量程0〜0.6A,内阻约为0.2Q

②灵敏电流计G,量程0〜100处，内阻为1000Q

③电阻箱Ro,阻值范围。〜99990。

④滑动变阻器R,阻值范围。〜10Q

⑤学生电源E,电动势为4V,内阻不计

⑥开关S及导线若干

(1)若把灵敏电流计G改装成量程为5V的电压表V,则串联的电阻箱Ro的

阻值应调整为。。

(2)使用改装后的电压表V,采用如图甲所示的电路进行测量，图乙是实物电

路，请你用笔画线代替导线，把电路连接完整。

(3)用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数/I和灵敏电流计读数/2如下

表所示:

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次数12345678

7i/(A)00.190.300.370.430.460.480.49

h/QA)010203040506070

请你根据表中数据，在图丙给出的坐标纸上作出小〃图线，由图线可知，随

着力的增大，小电珠的电阻_______(填“变大”“变小”或者“不变”)。

(4)根据作出的小人图线，当灵敏电流计读数/2为34NA时，小电珠两端的电

压为V,此时小电珠的电阻为C,功率为Wo(结果均

保留两位有效数字)

答案⑴49000

(2)如图1所示(3)如图2所示变大

lt/A

0.5()口腓三仔曲麻梏肉

0.40BH一

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10203040506070/Jp.A

图।图2

(4)1.74.30.68

解析(1)灵敏电流计G改装成电压表需要串联一个大电阻，根据串联电路规

律可以知道：律=，R=]00'[0_C-1000Q=49000Q。

(2)根据原理图可彳导出对应的实物图如答案图1所示。

(3)根据表中数据利用描点法可得出对应的图象如答案图2所示，由RL=

半产得£=*(Ro+Rg),可知图象上的点与原点连线的斜率与小电珠电阻的倒

数成正比，则可知随着电流外的增大，小电珠电阻变大。

(4)当灵敏电流计读数上为34pA时，小电珠两端的电压为：Ui=h(Ro+Rg)

6

=34X1()-X5OOOOV=1.7Vo由/卜，2图象可以知道,此时小电珠中的电流4=

0.40A,则其电阻为:&=?=悬C44.3C,功率为：P=t/iZi=1.7X0.40W

=0.68

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Wo

题组二高考真题

4.(2019•浙江4月选考)小明想测额定电压为2.5V的小灯泡在不同电压下的

电功率，设计了如图1所示的电路。

图1图2

(1)在实验过程中，调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零，

其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格

中请填写图中的数字，如“7点至8点”

(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片P,当电压表的示数达到额定电压时,

电流表的指针如图2所示，则电流为A,此时小灯泡的功率为

Wo

(3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00V时通过小灯泡的

电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是_______o

A.0.08AB.0.12A

C.0.20A

答案(1)1点至4点(2)0.300.75(3)C

解析(1)在实验过程中，调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不

到零，其原因是1点至4点的导线没有连接好，滑动变阻器相当于接成了限流电

路。

(2)由表盘刻度可知，电流表读数为().3()A,则灯泡的额定功率：P=IU=

0.30X2.5W=0.75Wo

⑶若灯泡电阻不变，则由7?二号=急。=崂丫，解得力=0.12A,考虑到

灯丝温度越低时阻值越小，则电压为1.00V时通过灯泡的电流要大于0.12A

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,故选C。

5.（2017.全国卷I）某同学研究小灯泡的伏安特性。所使用的器材有：小灯泡

L（额定电压3.8V,额定电流0.32A）;电压表。（量程3V,内阻3kQ）;电流表®（量

程0.5A,内阻0.5C）;固定电阻R）（阻值1000Q）；滑动变阻器K（阻值0〜9.0C）；

电源E（电动势5V,内阻不计）；开关S；导线若干。

（1）实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实

验电路原理图。

（2）实验测得该小火一泡伏安特性曲线如图a所示。

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_______（填“增大”“不

变”或“减小”），灯丝的电阻率（填“增大”“不变”或“减小”）o

（3）用另一电源员（电动势4V,内阻1.00C）和题给器材连接成图b所示的电

路，调节滑动变阻器H的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R

的变化范围内，小灯泡的最小功率为W,最大功率为W。（结果

均保留2位小数）

答案（1）实验电路原理如图所示

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(2)增大增大(3)0.391.17

解析(1)小灯泡的电压要求从。开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小

灯泡的额定电压超出电压表的量程，故电压表需与串联后接入电路。电路图如

答案图所示。

(2)/-U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。根据

电阻定律R二得灯丝的电阻率增大。

(3)当R=0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示。此时小灯泡

功率有最大值。

当R=9Q时，将R看做电源内阻的一部分，则等效电源内阻为10。，其路

端电压与电流的关系图象如图线乙所示。此时小灯泡功率有最小值。

取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：t/i=3.66V,Zi=0.319A,

小灯泡的最大功率Pi=UM1.17Wo

取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：6/2=1.77V,/2=0.222A,

小灯泡的最小功率Pi=S/2七0.39Wo

4//mA

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6.(202()•全国卷II)某同学要研究一小灯泡L(3.6V,().30A)的伏安特性。所用

器材有：电流表Ai(量程200mA,内阻&i=10.0Q)、电流表AM量程500mA,

内阻R◎=1.0Q)、定值电阻Ro(阻值Ro=10.0Q)、滑动变阻器R(最大阻值10。)、

电源风电动势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。

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(2)若人、/2分别为流过电流表为和A2的电流,利用力、/2sRg］和Ro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，力不能超过________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/1和/2o所得实验数据在下表中给出。

/i/mA325585125144173

/2/mA171229299379424470

根据实验数据可算得，当力二173mA时，灯丝电阻R=Q(保留1

位小数)。

(4)如果用另一个电阻替代定值电阻Ro,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。(保留1位小数)。

答案(1)图见解析

(2)/i(Rg】+Ro)h-h180

(3)11.6(4)8.0

解析(1)根据电路图，连接实物图如图所示。

⑵根据电路图可知，小灯泡两端的电压为电流表Ai和Ro串联电路两端的总

电压，根据欧姆定律有

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U=/i(/?gi+Ro)①

根据并联电路的特点可知，流过小灯泡的电流

I-h-/i(2)

小灯泡的额定电压为3.6V,将题目中已知数据代入①式中，可知力不能超

过180mAo

(3)根据表中数据可知，当A=173mA时，〃=470mA,将数据代入①②两式

可得，此时小灯泡两端的电压为U=3.46V,流过小灯泡的电流为/=297mA=

0.297A,根据欧姆定律可知，此时小灯泡的灯丝电阻为R二年二涕^=11.6Qo

(4)要测量完整的伏安特性曲线，则小灯泡两端的电压至少要能达到3.6V,

而电流表Ai的示数不能超过其量程200mA,设所用电阻的阻值最小为R)',则

结合①式有3.6=0.200X(10.0+R)'),解得Ro'=8.0C,即为了能够测量小灯

泡完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于8.0Qo

7.(2020.江苏高考)某同学描绘一种电子元件的/-U关系图象，采用的实验电

路图如图1所示，V为电压表，mA为电流表，石为电源(电动势约6V),R为滑

动变阻器(最大阻值20Q),Ro为定值电阻，S为开关。

⑴请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。

⑵调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：

电压UN0.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750

电流//mA0.000.100.250.601.704.307.50

请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的/-U图线。

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//mA

8

7

6

5

4

3

2

0.10.20.30.40.50.6D.70.8

(3)根据作出的/-U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Ro,会导致的两个后果

是________O

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(1)图见解析(2)图见解析

(3)非线性(4)BC

解析(1)根据题图1连接实物电路如图：

⑵根据表中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图:

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//mA

（3）根据/-U图线可知，该元件是非线性元件。

（4）由/-U图线可知，当待测元件两端电压超过一定数值时，待测元件中的电

流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替R。，可能会因电流过大烧坏

待测元件，而对电压和电流的测量误差无影响，A错误，B正确；根据/-U图线

可知，待测元件两端的电压应小于1V,而电源电动势约6V,如果用导线代替

R。，会导致滑动变阻器允许的调节范围变小，但不影响待测元件两端电压的可调

节范围，C正确，D错误。

题组三模拟题

8.（2020•安徽省安庆市期末质量监测）第34届全国青少年科技创新大赛于

2019年7月20日〜7月26日在澳门举办，某同学为了测试机器人内部电动机的

电阻变化，对一个额定电压为6V、额定功率约为3.5W的小风扇电动机（线圈电

阻恒定）的伏安特性曲线进行了研究，要求电动机两端的电压能从零逐渐增加到6

V,实验室备有下列器材：

A.电流表（量程I:0-0.6A,内阻约为1Q；量程II:。〜3A,内阻约为

0.1C）

B.电压表（量程为。〜6V,内阻几千欧）

C.滑动变阻器R（最大阻值10Q,额定电流2A）

D.滑动变阻器&（最大阻值1750Q,额定电流0.3A）

E.电池组（电动势为9V,内阻小于1Q）

F.开关和导线若干

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(1)实验中所用的滑动变阻器应选_______(选填"C”或"D”)，电流表的量程应

选________(选填“।”或“II”)；

(2)请用笔画线代替导线将实物图甲连接成符合这个实验要求的电路；

(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P,改变加在电动机上的电压，实验中

发现当电压表示数大于1V时电风扇才开始转动，电动机的伏安特性曲线如图乙

所示，则电动机线圈的电阻为。，电动机正常工作时的输出机械功率为

Wo(保留两位有效数字)

答案(DCI⑵图见解析(3)2.52.6

解析⑴由题可知,该电动机的额定电流约为孤958人,故电流表量程应

选择I；因为该电动机的电阻比较小，为了调节方便，滑动变阻器选择最大阻值

较小的R,即应选择C。

(2)因为电压、电流需从零开始测起，则滑动变阻器应采用分压式接法，电动

机的电阻远小于电压表内阻，故电流表应采用外接法，对应的实物图如图所示。

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（3）电压表读数等于IV时电风扇没启动，电动机线圈电阻恒定，由图象可知

此时电路中电流为/=0.4A,根据欧姆定律得线圈电阻为R二与二吉。二2.5。；

正常工作时电动机两端电压为U额=6V,根据图乙知此时通过电动机的电流为I

额=0.58A,则电风扇发热功率P热二偏R=0.582X2.5Wg0.84W,贝|J该电动机正

常工作时输出的机械功率为P机=U额/额-偏R=6X0.58W-0.84W=2.64

W42.6W。

9.（2020•山西省运城市期末调研）太阳能电池帆板可以给卫星、宇宙飞船等提

供能量。如图甲，太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照

时，可以视为一个电动势为零的电学器件。

探究一：实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，用图乙电路探究

太阳能电池被不透光黑纸包住时的特性曲线。

（1）图乙中虚线处_______（选填“需要”或“不需要”）连接导线，滑动变阻

器如图丙所示，开关闭合前，滑片应移至________（选填或"B”）端；

（2）通过实验，作出被黑纸包住的太阳能电池的/-U特性曲线如图丁，将其与

一个电动势为3V（内隹忽略不计）的电源和阻值为5kQ的定值电阻串联在一起，

它消耗的电功率约为W（结果保留两位有效数字）；

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//p\

探究二：在稳定光照环境中，取下太阳能电池外黑纸，并按图戊电路测量金

属丝的电阻率。

⑶该小组用游标卡尺测量金属丝直径时读数如图己所示，可知其直径为

________mm;

(4)实验中测得电压表示数为U,电流表示数为1,金属丝直径为长度为L,

则金属丝的电阻率为(用上述测量量表示)；

(5)考虑电压表与电流表内阻对测量结果的影响，金属丝电阻的测量值

(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

答案⑴需要A

(2)4.0X10-4(38x10-4〜42*1()-4均可)

(3)0.80(4)写打(5)小于

解析(1)由题意可知，电压表示数与电流表示数应从零开始变化，滑动变阻

器应采用分压式接法，虚线处应连接导线；滑动变阻器采用分压式接法，为保护

电路，闭合开关前滑片应置于A端。

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(2)将其与一个电动势为3V(内阻忽略不计)的电源和阻值为5kC的定值电阻

串联在一起时，可等效为将其接在电动势为3V、内阻为5的电源上，将等效

电源的/-U图象画在太阳能电池/-U图象所在的坐标系中，如图所示，交点所对

应的电压、电流值即为太阳能电池两端的电压和通过的电流，由图可知，电压U

4

=1.9V,电流/=210MA=2.1X10-A,太阳能电池消耗的电功率P=UI=

4

1.9X2.1XI。-，w=40义10-Wo

(3)图己中游标卡尺主尺读数为0mm,游标尺读数为40X0.02mm=0.80mm,

故金属丝的直径为：()mm+().8()mm=0.8()mm。

(4)由欧姆定律可知：R=y,根据电阻定律有：R二p(p赤，两式联立可

求得金属丝的电阻率为：〃二曙。

(5)由图戊电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流的

测量值大于真实值，由欧姆定律可知，金属丝电阻的测量值小于真实值。

10.(2020.辽宁大连二模)有一种金属合金材料在工业、汽车和航空等领域有

广泛的应用。某学习小组为了描绘这种材料制成的电阻的伏安特性曲线，做了如

下实验：

(1)用多用电表欧姆挡调零后测量其电