电学专题实验——《描绘小灯泡的伏安特性曲线》专项提升

更新时间：2024-11-04 浏览次数：2 类型：一轮复习

一、典型例题方法赏析

1. (2024高三下·光山月考) 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V，2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：
A．直流电源（电动势约为5V，内阻可不计）
B．直流电流表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻约为0.1Ω）
C．直流电流表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻约为5Ω）
D．直流电压表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻约为15kΩ）
E．直流电压表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻约为10kΩ）
F．滑动变阻器（最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A）
G．滑动变阻器（最大阻值1kΩ，允许通过的最大电流为0.5A）实验要求小灯泡两端的电压从零开始变
化并能测多组数据。
1. （1）实验中电流表应选用，电压表应选用，滑动变阻器应选用（均用序号字母表示）。
2. （2）某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图1所示。现把实验中使用的小灯泡接到如图2所示的电路中，其中电源电动势 $\text{[math]}$ ，内阻 $\text{[math]}$ ，定值电阻 $\text{[math]}$ ，此时灯泡的实际功率为W．（结果保留两位有效数字）
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2. (2024高二上·拱墅期中) 某实验小组描绘小灯泡的伏安特性曲线来研究小灯泡的电阻箱电压的变化规律，所用的实验器材如下：
A．小灯泡（额定电压2.8V．额定电流0.5A）；
B．电压表（量程3V，内阻约3kΩ；量程15V，内阻约15kΩ）；
C．电流表（量程0.6A，内阻约1.0Ω；量程3A，内阻约0.2Ω）；
D．滑动变阻器（0~10Ω）；
E．蓄电池（电动势4V，内阻不计）；
F．开关一个、导线若干。
（1）为较准确地测量电压表应选用V（选填“3”或“15”）量程；
（2）请用笔画线代替导线将图甲中的电路补充完整
（3）闭合开关前滑动变阻器触头应置于最（选填“左”或“右”）端；
（4）该实验小组得出小灯泡的伏安特性图线如图乙所示。由图可知，随着小灯泡两端电压增大，小灯泡的电阻（填“增大”“不变”或“减小”），小灯泡灯丝的电阻率（填“增大”“不变”或“减小”）；

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3. (2024高三下·淄博模拟) 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 $\text{[math]}$ 特性。所用的器材包括：太阳能电池板，电源E、电流表A、电压表V、滑动变阻器R、开关S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 $\text{[math]}$ 图像。
1. （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. （2）已知电压表V的量程为 $\text{[math]}$ ，内阻为 $\text{[math]}$ ，若要将该电压表改装成量程为 $\text{[math]}$ 的电压表，该电表需串联一个 $\text{[math]}$ 的电阻。
3. （3）太阳能电池板作为电源，在一定光照强度下其路端电压与总电流的关系如图丙所示，把它与阻值为 $\text{[math]}$ 的电阻连接构成一个闭合电路，该电源的效率是%。（结果保留三位有效数字）
4. （4）太阳能电池板在没有光照时（没有储存电能）的伏安特性曲线如图乙所示。太阳能电池板没有光照时（没有储存电能）其电阻用符号 $\text{[math]}$ 表示，将同规格的电池板接入电路如丁图所示，已知电源电动势 $\text{[math]}$ ，内阻 $\text{[math]}$ ，可得电池板消耗的功率 $\text{[math]}$ （保留三位有效数字）。
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4. (2024高二上·望城开学考) 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室提供了以下器材：
A．小灯泡（3.8V，0.3A）
B．滑动变阻器（5Ω，2A）
C．电流表（0~0.5A，内阻约0.4Ω）
D．电压表（0~5V，内阻约10kΩ）
E．开关及导线若干
(1)为实验测量误差尽可能小，电流表应选用（填“内”或“外”）接法；
(2)为使小灯泡两端电压从零开始连续变化，滑动变阻器应选用（填“限流式”或“分压式”）接法；
(3)综上所述，应选择下图中的电路进行实验
(4)利用实验数据画出了如乙图所示的小灯泡伏安特性曲线．图中，坐标原点O到P点连线的斜率表示．则根据此图给出的信息可知，随着小灯泡两端电压的升高，小灯泡的电阻（填“变大”、“变小”或“不变”）

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二、夯实基础提升能力

5. (2024高二上·东湖期末) 描绘一个标有“3V，0.9W”的小灯泡的伏安特性曲线，有以下器材供选用：
A．电压表 $\text{[math]}$ 量程 $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$ ，
B．电压表 $\text{[math]}$ 量程 $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$
C．电流表 $\text{[math]}$ 量程 $\text{[math]}$ ，内阻约 $\text{[math]}$
D．电流表 $\text{[math]}$ 量程 $\text{[math]}$ ，内阻约为 $\text{[math]}$
E．滑动变阻器 $\text{[math]}$
F．滑动变阻器 $\text{[math]}$
I．蓄电池（电动势 $\text{[math]}$ ，内阻不计）电键一个
（1）电压表选择（选填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”），电流表选择（选填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）滑动变阻器选择（选填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）。
（2）要求能尽可能多的记录实验数据，误差尽可能小，请在虚线框中画出实验电路图，并标出所选用实验器材的符号。
（3）根据实验数据画得小灯泡的安特性曲线如下图，则小灯泡正常工作时的电阻为。（保留三位有效数字）

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6. (2024高三上·湖北月考) 某同学设计描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验，已知小灯泡的额定电压为6V，新定功率为2.8W。现可用的实验器材如下：
A．直流电源E（7.5V，内阻不计）
B．电压表 $\text{[math]}$ （3V，内阻为 $\text{[math]}$ ）
C．电压表 $\text{[math]}$ （3V，内阻未知）
D．电流表 $\text{[math]}$ （0.6A，内阻约为 $\text{[math]}$ ）
E．电流表 $\text{[math]}$ （3A，内阻约为 $\text{[math]}$ ）
F．定值电阻 $\text{[math]}$ （阻值为 $\text{[math]}$ ）
G．滑动变阻器 $\text{[math]}$ （总阻值为 $\text{[math]}$ ）
H．开关一个，导线若干
1. （1）实验过程中，电压表应选择，电流表应选择；（填写器材前面的字母代号）
2. （2）定值电阻 $\text{[math]}$ 在电路中的作用是；
3. （3）为了保证实验的精确度，请在答题卡上的虚线框内将实验电路图补充完整；
4. （4）他将电压表 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 串联到一起，实验过程中发现，当电压表 $\text{[math]}$ 的示数为2.5V时，电压表 $\text{[math]}$ 的示数为2.0V，则两个表串联到一起使用后的最大量程为V。
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7. (2024高一上·衡阳开学考) 某小组在测量额定电压为2.5V的小灯泡发光时电阻实验中，所用器材如图甲所示。
1. （1）用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整；
2. （2）闭合开关前，应先将滑动变阻器的滑片P移到（选填“A”或“B”）端。闭合开关后，发现电流表示数很小，小灯泡不发光，紧接下来应当进行的操作是；
3. （3）实验过程中，当小灯泡两端的电压调节为1.5V时，电流表的示数如图乙所示，此时通过计算可以得知小灯泡的电阻为Ω；
  实验序号
  1
  2
  3
  4
  5
  电压/V
  1.0
  1.5
  2.0
  2.5
  3.0
  电流/A
  0.16
  －
  0.23
  0.25
  0.27
  电阻/Ω
  
  平均电阻/Ω
4. （4）请说明实验表格设计的不合理之处：。
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8. (2024高二下·衡阳期末) 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 $\text{[math]}$ ，额定电流 $\text{[math]}$ ）；电压表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻 $\text{[math]}$ ）；电流表（量程 $\text{[math]}$ ，内阻 $\text{[math]}$ ）；固定电阻 $\text{[math]}$ （阻值 $\text{[math]}$ ）；滑动变阻器R（阻值 $\text{[math]}$ ）；电源E（电动势 $\text{[math]}$ ，内阻不计）；开关S；导线若干。
1. （1）设计的实验电路原理图如图甲所示，请你在乙图中用笔代替导线完成电路连接。
2. （2）实验要求能够实现在 $\text{[math]}$ 的范围内对小灯泡的电压进行测量，该同学利用电压表与电阻串联作用，扩大了电压表的量程。
3. （3）合上开关前，滑动变阻器滑片的位置应置于原理图中的点。
4. （4）当滑片移动到某点时，电压表的读数如图丙所示，此时小灯泡两端的电压为V（结果保留2位有效数字）。
5. （5）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图丁所示。则小灯泡在 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的电压下的电阻之比为（结果保留2位有效数字）。
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三、思维提升创新应用

9. (2024高三下·柳州月考) 现在学生中非常流行使用“手持USB便携小风扇”，王菲想用学过的电学知识测量一个标有“4V，2.4W”手持小风扇的伏安特性曲线，她选用实验器材组成电路。让电扇两端的电压从0逐渐增加到4V。实验室中有如下器材可选用：
A．电池组（电动势为5V，内阻约为 $\text{[math]}$ ）
B．被测小电风扇
C．电流表 $\text{[math]}$ （量程为0~0.6A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表 $\text{[math]}$ （量程为0~3A，内阻约为0.05Ω）
E．毫安表 $\text{[math]}$ （量程为4mA，内阻60Ω）
F．滑动变阻器 $\text{[math]}$ （最大阻值为5Ω，标定电流为1A）
G．滑动变阻器 $\text{[math]}$ （最大阻值为2000Ω，标定电流为0.3A）
H．定值电阻 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$
I．开关和导线若干
（1）实验中电流表应选（填“C”或“D”），滑动变阻器应选（填“F”或“G”）；
（2）她想得到一个量程是4V的电压表，则应将定值电阻（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）与毫安表 $\text{[math]}$ （填“串联”或“并联”）；
（3）她测出小风扇伏安特性的曲线如图所示，发现OA段是直线，其余为曲线，则小风扇电线绕组的电阻是Ω；

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10. (2024高一下·江西期末) 某同学在探究小灯泡的伏安特性曲线实验中，所用器材有：灯泡L，量程恰当的电流表A和电压表V，直流电源E，滑动变阻器R，开关S等，要求灯泡两端电压从0开始变化。
1. （1）某同学已连接如图1（a）所示的电路，下列说法正确的是。
  
  A . 开始测量前，开关S不应该闭合 B . 应该采用电流表内接法 C . 开始测量时，滑动变阻器滑片P位置不当，应将其置于a端 D . 连接负极与b点的导线是多余的，应该撤除
2. （2）通过实验获得数据，该同学描绘出了如图1（b）所示的灯泡的U-I图像，该灯泡常温下的电阻值约为Ω（结果保留2位有效数字）。
3. （3）做完实验后，认识到描绘伏安特性曲线常以电流I作为纵轴，电压U作为横轴，于是他又将图像改为如图2中的曲线1所示，考虑误差因素，真实的伏安特性曲线更接近图2中的曲线（选填“2”或“3”）。
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11. (2024高三下·沙坪坝月考) 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 $\text{[math]}$ 特性。所用的器材包括：太阳能电池板，电源 $\text{[math]}$ 、电流表 $\text{[math]}$ 、电压表V、滑动变阻器 $\text{[math]}$ 、开关 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 图像。
（1）为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的图（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）。
（2）已知电压表的量程为3V、内阻为 $\text{[math]}$ ，若要将该电压表改装成量程为4V的电压表，该电表需串联一个 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ 。（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 $\text{[math]}$ 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 $\text{[math]}$ ，内阻 $\text{[math]}$ ，定值电阻 $\text{[math]}$ ，可得每个电池板消耗的功率 $\text{[math]}$ （保留三位有效数字）。

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12. (2024高二下·成都期末) 某同学探究一个工作电压在 $\text{[math]}$ 之间的LED灯珠的伏安特性，可用器材有：电源（电动势为 $\text{[math]}$ ，内阻不计）；电流表A（量程为 $\text{[math]}$ ，内阻约为 $\text{[math]}$ ）；电压表V（量程为 $\text{[math]}$ ，内阻为 $\text{[math]}$ ）；滑动变阻器R（最大阻值可选 $\text{[math]}$ 或 $\text{[math]}$ ）；定值电阻 $\text{[math]}$ （阻值可选 $\text{[math]}$ 或 $\text{[math]}$ ）；开关S及导线若干。
1. （1）为使实验结果尽可能准确，实验电路的原理图应选择下图中的（填“甲”或“乙”），图中R应选最大阻值为（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）的滑动变阻器， $\text{[math]}$ 应选阻值为（填“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）的定值电阻。
2. （2）记录多组电压表V的示数U和电流表A的示数I，描绘出 $\text{[math]}$ 图像如图丙所示，由实验曲线可知，当电流表示数为 $\text{[math]}$ 时，小灯珠的实际功率约为W（计算时可忽略电表内阻对电路的影响，保留2位有效数字）。
3. （3）若将这个小灯珠与电动势为 $\text{[math]}$ 、内阻为 $\text{[math]}$ 的电源和阻值为 $\text{[math]}$ 的定值电阻串联构成闭合回路，则小灯珠的实际功率约为W（保留2位有效数字）。
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四、直击高考达成素养

13. (2023·全国甲卷) 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)两个电路图供选择。
1. （1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图(c)所示，该同学选择的电路图是图()(填“a”或“b")。
2. （2）若选择另一个电路图进行实验，在图（c）上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。
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14. (2021·全国甲卷) 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 $\text{[math]}$ ）

电流表（量程300mA，内阻0.27 $\text{[math]}$ ）

定值电阻R₀

滑动变阻器R₁（阻值0-20 $\text{[math]}$ ）

电阻箱R₂（最大阻值9999.9 $\text{[math]}$ ）

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10Ω、20Ω、30Ω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Ω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Ω（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Ω。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W₁=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W₂ ，则 $\text{[math]}$ =（保留至整数）。

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15. (2021·河北) 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（ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ），直流电流（ $\text{[math]}$ ），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. （1）根据图1，完成图2中的实物连线；
2. （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. （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 $\text{[math]}$ 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Ω（保留三位有效数字）。
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16. (2020·新课标Ⅱ) 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R_g1=10.0 Ω），电流表A₂（量程500 mA，内阻R_g2=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. （1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线。
2. （2）若I₁、I₂分别为流过电流表A₁和A₂的电流，利用I₁、I₂、R_g1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. （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。
  
  I₁/mA
  
  32
  
  55
  
  85
  
  125
  
  144
  
  173
  
  I₂/mA
  
  171
  
  229
  
  299
  
  379
  
  424
  
  470
  
  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. （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）。
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