2022届高考物理实验强化训练05 描绘小电珠的伏安特性曲线（解析版）

备战2022届高考物理实验专题强化训练

专题05描绘小电珠的伏安特性曲线

(1)概念：用纵坐标表示电流I,横坐标表示电压U的LU图象。

(2)形状

过原点的直线，对应元件叫线性元件；

①LU图线不同于U-I图线，I-U图线为导体的伏安特性曲线，加在导体两端的电压U是自变量，I是因变

量。

②对I-U图线或U-I图线进行分析比较时，要先仔细辨认纵轴与横轴各代表什么，以及由此对应的图象上

任意一点与坐标原点连线的斜率的具体意义，如图甲中，R2<RI：而在图乙中R2>R1。

过原点的曲线，对应元件叫非线性元件。

I-U图线是曲线时：导体电阻即电阻等于图线上点(Up,Ip)与坐标原点连线的斜率的倒数,

而不等于该点切线斜率的倒数，如图所示。

(3)意义：能形象直观的反映出导体电阻的变化规律。

(3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱&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、/,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

C(保留1位有效数字)；

图(b)

(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，应将心的阻值调整为

然后调节滑动变阻器吊，测得数据如下表所示：

U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0

//mA140.0160.0180.02000220.0240.0260.02800300.0

(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

W,

Wi=W(保留2位有效数字)；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为牝，则京

=_______(保留至整数)。

【答案】(1).10⑵.a(3).0.7(4).2700(5).增大(6).0.074(7).10

【解析】

(1)口］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

{/=6V-2.5V=3.5V

则有

35V

0.3A

则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即凡）应选取阻值为10Q；

（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

y7Q

（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

30.3

g+&-Rv

解得

&=2700Q

（5）⑸由图S和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中亍变大，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0.46A,则此时小灯泡电功率

Wi=0.46Vx0.16A^0.074W

⑺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

W2=2.5VXO.3A=O.75W

故有

/一0-75-a

嵋0.074

2.（2021年河北省普通高中学业水平选择性考试）11.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。

（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，根据图像计算出尸点对应状态下小灯泡的电阻为。（保留三位有效数字）。

图3

【答案】(1).(2).C(3).27.0

【解析】

(1)电流表负极与滑动变阻器的右端的Z?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人端，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P点时的电压和电流分别为

U=2V,/=74mA

根据欧姆定律I='可知小灯泡的电阻为

TJ2

R=t=―=27.0Q

I74x10-3

3.1202（）年全国二卷高考真题】10.某同学要研究一小灯泡L（3.6V,0.30A）伏安特性。所用器材有:

电流表Ai（量程200mA,内阻Ri=10.0C）,电流表A2（量程500mA,内阻Rg2=L0C）、定值电阻&（阻

值Ro=10.0C）、滑动变阻器品（最大阻值10。）、电源E（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）若尔/2分别为流过电流表Ai和Az的电流，利用Ii、h、R$i和Ro写出：小灯泡两端的电压U=,

流过小灯泡的电流/=。为保证小灯泡的安全，/1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

取相应的人和/2。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/i=173mA时，灯丝电阻R=C（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_______Q(保留1位小数)。

【答案】(1)./LL----(2).L+4)(3).“一人(4).180

(5).11.6(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Ai和R)的总电压,故根据欧姆定律有

u=乙(勺+4)

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A不能超过180mA；

(3)根据表中数据可知当/i=173mA时，/2=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/=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A\不能超过其量程200mA,

此时结合①有

3.6=0.2?(10&)

解得&,=8C,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8Q

4.【2020年江苏省高考物理试卷】10.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20Q),4为定值电阻，S为开关。

图1图2

(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:

电压U/V0.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750

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/-。图线

/'mA

O0.1(U0.30.40.5060.70.8

(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&,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

Z/mA

【解析】

【详解】(1)口］根据题意连接电路如图

(2)⑵根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图

00.10.20.30.40.50.60.70.8

⑶⑶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IV,而电源电动势为6V,因为待测元件两端电压非常小，

如果用导线代替R。，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

5.（2022届河南省实验中学高三（上）期中物理试题）14.某物理兴趣小组要描绘一个标有“4V、2QW”

的小灯泡L的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，且尽量减小实验误差。可供选用的器材

除导线、开关外，还有以下器材：

A.直流电源4.5V（内阻很小可不计）

B.直流电流表。〜500mA（内阻约为5。）

C.直流电压表。〜3V（内阻等于6kC）

D.滑动变阻器甲，0〜10Q,额定电流2A

E.滑动变阻器乙，。〜100Q,额定电流1A

F.三个定值电阻（%=lkQ,R2=2kC,R3=5kQ）

（1）在给定的器材中，滑动变阻器选用（选填“甲”或“乙”），定值电阻选用

（选填"生”、或“R3”）；

（2）小组同学设计好实验电路图后，如图A已经连好了部分导线，请用笔代替导线将实物图补充完整；

（）

（3）实验测得小灯泡伏安特性曲线如图8所示，若将两个完全相同规格的小灯泡L按如图C所示电路连

接，电源电动势E=6V,内阻r=12Q,此时每个小灯泡消耗的电功率为W（结果保留两位有效

数字）。

图B图C

【解析】

(1)⑴本要求灯泡两端的电压由零逐渐增大，所以滑动变阻器采用分压式接法，为了便于控制分压，滑

动变阻器选择最大阻值较小的甲。

⑵器材中提供的直流电压表量程只有3V,而小灯泡L的额定电压为4V,所以需要给电压衰串联•个电阻

从而扩大量程，设定值电阻的阻值为R，则根据串联分压规律有

R_1

解得

/?=2kQ

所以定值电阻选用Rz。

(2)[3]小灯泡正常发光时的电阻为

改装后电压表的内阻为

R；=Ry+R、=8kQ

所以

&<J&Rv

电流表应采用外接法，电路图见答案。

（3）⑷设每个灯泡两端电压为U,通过灯泡的电流为/,根据闭合电路欧姆定律有

E=Ir+2U

代入数据并整理得

将上述表达式所代表的的l-u图线作在题图8中，如图所示

可得

U=1.05V

/=0.32A

此时每个小灯泡消耗的电功率为

P=UI=0.32X1.05W«0.34W

6.（2021届内蒙古包头市高三（下）第一次模拟物理试题）10.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0.37A）；电压表（量程4V,内阻42）；电流表（量程0.1A,

内阻0.30C）；固定电阻Ri（阻值9.0C）；固定电阻尺（阻值0.10C）；滑动变阻器R（阻值0〜10.0C）;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，在虚线内画出实验电路原理图，

并在图上标出所选的固定电阻。（）

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（。）所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡灯丝的电

阻率（填“增大""不变''或"减小”）。

（3）用另一电源员（电动势4.0V,内阻1.0C）和题中所给器材连接成图S所示的电路，调节滑动变

阻器R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„（结果保留2位小数）

（1）川实验要求能够实现在。〜3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则控制电路采用分压式控制电

路，由于小灯泡的电阻阻值较小，则伏安法测电阻采用外接法，但是电流表的量程太小，则需要改装为大

量程的电流表，所以需要并联一个阻值较小的定值电阻型，实验电路图如图所示

(2)[2]由图像可知，随着电流的增大，小灯泡的温度升高，小灯泡的电阻逐渐增大，小灯泡灯丝的电阻

率增大。

(3)[3]闭合开关S,在R为0时，小灯光被短路，小灯泡的功率最小为0.00。

[4]闭合开关S,在/?为10。时，小灯泡的功率最大，设此时小灯泡的电压为U,电流为/,根据闭合电

路欧姆定律可得

E=U+5+/卜与+r)

整理得

在图(。)画出这个函数图像与小灯泡伏安特性曲线的交点就是小灯泡的实际电压，实际电流，如图则有

最大功率为

-3

Pm=Ul=[x200xlO=0.20W

7.（2022届陕西省商洛市洛南县洛南中学高三（上）第一次模拟考试物理试题）12.某同学在探究规格为

“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：

①在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至一档进行测量.（填

选项前的字母）

A.直流电压10VB.直流电流5mA

C.欧姆x100D.欧姆x1

②该同学采用图甲所示的电路进行测量.图中K为滑动变阻器（阻值范围0〜20C,额定电流1.0A）,L为

待测小电珠，V为电压表（量程6V,内阻20k。），A为电流表（量程0.6A,内阻1。），E为电源（电动势

8V,内阻不计），S为开关.

I•在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片尸应置于最一端；（填“左''或"右"）

II.在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭和开关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，其原因是点至____点的导线没有连接好；（图甲中的黑色小圆点表示接线点，

并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线）

III.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而

.（填“不变”、“增大"或"减小”）

【答案】①D②I.左；II.点至二_点（或工点至点）；III.增大

【解析】

【详解】①根据电珠的规格标称值可算出其正常工作时的电阻为12C,测电阻选欧姆挡并选xl挡.

②开关闭合前，应保证灯泡电压不能太大，要有实验安全意识，调滑片在最左端使灯泡电压从零开始实

验.电表示数总调不到零，是由于电源总是对电表供电，滑动变阻器串联在了电路中，1点和5点间没有

接好，连成了限流式接法，这也是限流式与分压式接法的最显著区别.伏安特性曲线的斜率表示电阻的倒

数，所以随着电压的增大，曲线斜率减小，电阻增大.

8.（2021届福建省莆田第二中学高三（下）诊断性测试物理试题（二））12.某实验小组要探究一小灯泡的

伏安特性曲线，并研窕小灯泡在不同电压下的实际功率，实验电路如图甲所示：

（1）实验闭合电键前，滑动变阻器的划片应在_____端（填Z"或""）

（2）实验中闭合开关，把滑动片P向一端移动过程中，发现电流表与电压表均有明显读数且读数几乎不

变，则电路中出现故障的元件可能是（填"A”或"B”）

A.小灯泡B.滑动变阻器

（3）该小组根据实验数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示，可判定在图乙中小灯泡的功率P与

加在两端电压的平方U的图像正确的是（选填“1”、“2”、“3”）

（4）某同学将两个完全相同的这种小灯泡并联接在电源两端，己知电源的电动势E=3V、内阻尸2C,则

此时每个小灯泡的实际功率为（结果保留两位有效数字）

【答案】①.a②.B③.3©,0.44

【解析】

【详解】（1）此电路是分压电路，滑动变阻器的aP部分与小灯泡并联，开始时应使小灯泡两端电压最小，

故滑片应置于。端；

（2）电流表与电压表均有明显读数，说明灯泡所在电路正常，滑动中示数几乎不变，说明滑动变阻器没

有起到应有的作用，故可能存在故障的的滑动变阻器，故填B；

（3）由尸=随着小灯泡两端电压的增大，灯丝温度升高，电阻增大，P随U的变化变缓，即图线

R

为3；

（4）灯泡两端的电压为U,流过每个灯泡的电流为/，则E=U+2",得U=3—4].画出电源的U-

/图线如图，交点坐标U=220V,/=0.20A,所以小灯泡消耗的电功率为：P=[//=0.44W.

9.（2021届山东省日照市高三（下）第一次模拟考试物理试题）14.某同学通过实验描绘小灯泡的伏安特

性曲线。所用器材有：小灯泡，电流表Ai（量程200mA,内阻&i=10.（）Q）,电流表A2（量程500mA,

内阻七2约等于1.0Q）,定值电阻R（阻值R=15.（）。），定值电阻&（阻值兄