专题75 实验六：描绘小灯泡的伏安特性曲线-【真题汇编】最近10年（2014-2023）高考物理真题分项汇编（全国通用）

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最新10年（2014-2023）高考物理真题分项汇编
专题76 实验六：描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．（2023·全国·统考高考真题）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，电流表内阻约为．实验中有图（a）和（b）两个电路图供选择。
（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图是图________（填“a”或“b”）
（2）若选择另一个电路图进行实验，在答题卡所给图上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图______。
【答案】 a
【解析】（1）[1]灯泡电阻
由U-I图像可知，当U=6V时，I=0.5A，此时电阻
可知电表内阻对电路的影响较小，因，则该同学采用电流表外接法，则该同学选择的电路图是图（a）。
[2]若选用另一个电路图即图（b）实验，会有
U = U灯＋IRA
则分别代入电流200mA、400mA、500mA，可知对应的电压应为1.3V、4.0V、6.75V，描点连线有
2．（2017·全国·高考真题）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3kΩ）；电流表（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0Ω）；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）实验测得该小灯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______（选填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率______（选填“增大”“不变”或“减小”）。
（3）用另一电源（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）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。（结果均保留两位小数）
【答案】 增大 增大 //
【解析】（1）[1]小灯泡的电压要求从0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，需将电压表与串联后接入电路，由于小灯泡的电阻比较小，电流表采用外接法，电路图如图所示
（2）[2][3] 图像中随着电流的增大，图线上点与原点连线的斜率变小，则小灯泡的电阻增大，根据电阻定律
可知灯丝的电阻率增大。
[4]当滑动变阻器R 的阻值最大为9Ω时，电路中电流最小，小灯泡功率有最小值。根据闭合电路欧姆定律得
可得
在小灯泡的伏安特性曲线图中，再画此时小灯泡的图线，如图
取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：
则小灯泡的最小功率为
3．（2021·全国·高考真题）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）
电流表（量程300mA，内阻0.27）
定值电阻R0
滑动变阻器R1（阻值0-20）
电阻箱R2（最大阻值9999.9）
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10、20、30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___________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___________（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_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：
（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P1=_______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P2，则=_______（保留至整数）。
【答案】 10 a 0.7 2700 增大 0.0074 100
【解析】（1）[1]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
则有
则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；
（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
（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
解得
（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，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46mV，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.046V，则此时小灯泡电功率
P1=0.046V×0.16A≈0.0074W
[7]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
P2=2.5V×0.3A=0.75W
故有
4．（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（，），直流电源（），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b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P点对应状态下小灯泡的电阻为______（保留三位有效数字）。
【答案】 C
【解析】（1）[1]电流表负极与滑动变阻器的右端的位置连接，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点时的电压和电流分别为
，
根据欧姆定律可知小灯泡的电阻为
5．（2020·江苏·统考高考真题）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），R为滑动变阻器（最大阻值），为定值电阻，S为开关。
(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：
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的图线____________。
(3)根据作出的图线可知，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
【答案】 非线性元件 BC
【解析】(1)[1]根据题意连接电路如图
(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图
(3)[3]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的斜率为，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，而电源电动势为，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替，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。
6．（2020·全国·统考高考真题）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Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=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）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。
（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1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）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。
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）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）。
【答案】 180 11.6 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A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有
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I1不能超过180mA；
（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=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I=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A1不能超过其量程200mA，此时结合①有
解得，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。
7．（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_____Ω
（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Ⅰ、U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_____。
③与图丁中P点对应的状态，小灯泡灯丝阻值最接近______。
A．16.7Ω B．12.4Ω C．6.2Ω
【答案】 1750（1700～1800） C
【解析】（1）[1]阻值为欧姆表盘读数乘以倍率：
（2）①[2]根据图丁可知电压表选择0到3V量程即可，数据从0开始测量，滑动变阻器采用分压接法：
②[3]用平滑曲线画出伏安特性曲线：
③[4]根据图像结合欧姆定律：
所以C选项的电阻较为接近。
8．（2019·浙江·高考真题）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的电路．
（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，电流表的指针如图所示，则电流为____A，此时小灯泡的功率为____W
（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____
A．0.08A B．0.12A C．0.20A
【答案】 1点至4点 0.30 0.75 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0.30A；则灯泡的额定功率：P=IU=0.30×2.5W=0.75W；
（3）若灯泡电阻不变，则由，解得I1=0.12A，考虑到灯泡电阻温度越低时阻值越小，则通过灯泡的电流要大于0.12A，则选项C正确；故选C.
9．（2017·浙江·高考真题）做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，要求采用分压电路，电流表外接．小王的连接如图甲所示，闭合开关S前请老师检查，老师指出图中标示的①、②两根连线有一处错误，错误连线是________(填“①”或“②”)；图中标示的③、④和⑤三根连线有一处错误，错误连线是________(填“③”“④”或“⑤”)．小王正确连线后，闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片C移到________处(填“A”或“B”)．闭合开关S，此时电压表读数为______V,缓慢移动滑片C至某一位置时，电流表指针如图乙所示，电流表的示数为________A．
【答案】 ① ④ A 0 0.32
【解析】本实验的等效电路图如下：
应该采用分压式、外接法，所以①、④两根导线有问题．
实验开始时为了保证实验仪器的正常使用，需要将C拨到最左端，即A处，开关闭合后，电压表读数为0 V．
电流表的量程应为0.6A，图乙中电流表的读数为0.32 A(不需要估读)．
10．（2016·天津·高考真题）某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整，可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：
电压表V1(量程0~3 V，内阻等于3 kΩ)
电压表V2(量程0~15 V，内阻等于15 kΩ)
电流表A1(量程0~200 mA，内阻等于10 Ω)
电流表A2(量程0~3 A，内阻等于0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0~10 Ω，额定电流2 A)
滑动变阻器R2(0~1 kΩ，额定电流0.5 A)
定值电阻R3(阻值等于1 Ω)
定值电阻R4(阻值等于10 Ω)
定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)
电源E(E=6 V，内阻不计)
（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁__________．
（2）该同学描绘出的I–U图象应是下图中的___________．
【答案】 B
【解析】①用电压表V1和R5串联，可改装成量程为的电压表；用电流表A1与R4并联可改装为量程为的电流表；待测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接法；为使曲线完整，滑动变阻器应采用分压接法，故选择总阻值小的R1，电路如图：
②小灯泡灯丝的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的I–U图线应该是B．
【点睛】此题考查了探究小灯泡的伏安特性曲线的实验；此题的难点在于题中所给的电表量程都不适合，所以不管是电流表还是电压表都需要改装，所以要知道电表的改装方法；改装成电压表要串联分压电阻；改装成电流表要并联分流电阻；其他部分基本和课本实验一样．
11．（2015·福建·高考真题）某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接．
(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接__________：
(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为___________A；
(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将___________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为___________W（保留小数点后两位）.
【答案】
0.44 4 2.22~2.28
【解析】（1）滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，则滑动变阻器采用分压接法，实物图如图所示；
（2）由图知电流表量程为0.6A，所以读数为0.44A；
（3）电源内阻为1欧，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，消耗电功率最大，此时外电路电压等于内电压等于1.5V，由图知当小电珠电压等于1.5V时电流约为0.38A，此时电阻约为，并联后的总电阻为1欧，所以需要4个小电珠，小电珠消耗的总功率约为（2.22-2.28W均可）．
12．（2015·山东·高考真题）如图甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表．某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率．改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的U﹣I关系图线．
回答下列问题：
（1）滑动触头向下移动时，电压表示数_____（填增大或减小）．
（2）I0=_____A．
（3）RL消耗的最大功率为_____W（保留一位有效数字）．
【答案】 减小 1.0 5
【解析】（1）滑动头向下移动时，RL阻值减小，则总电阻减小，电压变小，则电压表读数变小；
（2）由电路图可知：，即：U=I0R-IR，由U-I图线可知，I0R=20；，则I0=1.0A；
（3）RL消耗的功率为P=IU=20I-20I2，则当I=0.5时，功率的最大值为
13．（2015·浙江·高考真题）图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
（1）根据图甲画出实验电路图______ 。
（2）调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①②③④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V。所示读数为：①__________②__________③__________④__________。两组数据得到的电阻分别为__________和__________。
【答案】 0.10 A 0.24 A 2.00V 0.27V
【解析】（1）[1]从实物图中可知电压表测量灯泡两端电压，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，故电路图如图所示
（2）[2][3]电流表的量程为0.6A，所以每小格表示的分度值为0.02A，故①的读数为0.10A，②的读数为0.24A。
[4][5]电压表的量程为3V，则每一小格表示0.1V，所以③的示数为2.00V，④的示数为0.27V。
[6]通过灯泡的电流小，则灯泡两端的电压小，故①④为同一组数据，故得到的电阻为
[7]②③为另外一组数据，故得到的电阻为
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
电压
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
I1/mA
32
55
85
125
144
173
I2/mA
171
229
299
379
424
470