高考物理一轮复习讲练测(全国通用)9.4实验十：描绘小电珠的伏安特性曲线(讲)(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习讲练测(全国通用)9.4实验十：描绘小电珠的伏安特性曲线(讲)(原卷版+解析)，共16页。


【网络构建】
专题9.4 实验十：描绘小电珠的伏安特性曲线
【网络构建】
考点一 基本要求
一、实验目的
1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．
2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．
3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．
二、实验原理
用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
三、实验器材
小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
四、实验步骤
1．画出电路图(如实验原理图所示)．
2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路．
3．测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．
4．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，就得到小电珠的伏安特性曲线．
考点二 规律方法
一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
二、两种接法的选择
1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
三、误差分析
1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．
2．测量时读数带来误差．
3．在坐标纸上描点、作图带来误差．
四、注意事项
1．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接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端．
4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
高频考点一 基本要求
例1、(2023·安徽马鞍山·三模）某同学进行“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验：要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。已选用的器材有：
待测小灯泡（额定电压为2.5V，额定功率为1.5W）；
电源（电动势为3V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0~0.6A，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0~3V，内阻为3kΩ）；
开关一个、导线若干。
（1）实验中所用的滑动变阻器应选_____。（填写器材前面的序号）
A．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）
B．滑动变阻器（最大阻值100Ω，额定电流2A）
（2）描绘出小灯泡的I-U特性曲线如图中实线所示，则可知该灯泡电阻随电压升高而____（填“增大”“减小”或“不变”）；已知图中虚线为该灯泡两端电压为1.5V时I-U特性曲线的切线，则此时灯泡的实际阻值为_____Ω（保留两位有效数字）。
（3）若将两只完全相同的该灯泡串联后与一电动势为3V、内阻为2Ω的电源串联成闭合回路，则每只灯泡的实际功率为_______W（结果保留两位有效数字）。
【变式训练】(2023·湖南师大附中二模）表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：
（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_________（填“甲”或“乙”）；
（2）在图中的方格纸内画出小灯泡的曲线；________
（3）有人推论：如果灯泡两端的电压增大到3.5V，那么灯泡中通过的电流一定小于0.251A，你认为他的推论是否正确，_______为什么？_______。
（4）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A。
高频考点二 规律方法
例2、(2023·河北冀州中学模拟）某同学想要研究小灯泡的伏安特性，现有的实验器材如下：
A．小灯泡L（额定电压约3.8V，额定功率约1.8W）；
B．电压表V1（量程3V，内阻为3kΩ）；
C．电压表V2（量程为15V，内阻为15kΩ）
D．电流表A（量程为0.6A，内阻约为1Ω）
E．定值电阻R1（阻值100Ω）；
F．定值电阻R2（阻值1000Ω）
G．滑动变阻器R（阻值0~10Ω）；。
H．电源E（电动势5V，内阻不计），开关S，导线若干；
（1）该同学已选定的器材是小灯泡L、滑动变阻器R、电源E、开关S、导线若干，要完成该实验，还需要的器材是___________（填写器材前的字母序号）
（2）实验要求能够较准确的画出灯泡的伏安特性曲线，请在虚线框中帮助该同学画出实验电路原理图。( )
（3）正确设计并连接好电路，实验中测得该灯泡的伏安特性曲线如图所示，由实验的图线可知，小灯泡在额定电压下工作时的电阻为___________Ω。（结果保留两位有效数字）
（4）现将两个相同的小灯泡按如图电路图连接到另一个电路中，图中电源的电动势为6V，内阻为1.0Ω，电阻R0的阻值为4.0Ω，闭合开关S，每个小灯泡的实际功率为___________W。（结果保留两位有效数字）
【变式训练】(2023·重庆市育才中学二模）太阳能电池在有光照射时，可以将光能转化为电能，在没有光照射且未储存电能时可视为一个电阻。实验小组用伏安法探究某太阳能电池视为电阻RS时的I-U特性。
（1）实验小组设计好电路后，正确操作，得到了多组电压表和电流表的示数U、I，如下表所示：
①他们设计的电路图可能是图甲中的___________（选填“A”或“B”）图。
②根据表中数据作出太阳能电池RS的I-U图线如图乙所示，由I-U图线可知，随所加电压的增大，太阳能电池的电阻RS的变化趋势为___________。
（2）将___________只相同的该太阳能电池的电阻RS并联后，直接与电动势为4V，内阻为200Ω的电源组成闭合回路，可使太阳能电池的总功率最大，最大值为___________W。
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
电路的基本概念和规律
Ⅱ
浙江6月卷·T12
浙江1月卷·T12
浙江7月卷·T1
浙江4月卷·T8
浙江4月卷·T5
闭合电路欧姆定律及其应用
Ⅱ
Ⅰ卷·T17
江苏卷·T6
北京卷·T12
浙江1月卷·T6
江苏卷·T3
实验九：测定金属的电阻率

浙江1月卷·T18
浙江6月卷·T18
Ⅰ卷·T22
天津卷·T9
实验十：描绘小电珠的福安特性曲线
乙卷·T23
甲卷·T23
河北卷·T11
Ⅱ卷·T23
Ⅲ卷·T23
实验十一：测定电源的电动势和内电阻
乙卷·T23
湖南卷·T21
北京卷·T16
山东卷·T14
实验十二：练习使用多用电表
Ⅰ卷·T23
Ⅱ卷·T22
核心素养
物理观念：1.认识电路及其特点，理解电源电动势等重要概念；2.掌握焦耳定律、闭合电路欧姆定律的应用．
科学思维：1.分析电路结构，判断电路有关问题；2.用闭合电路欧姆定律计算电路有关问题．
科学探究：1.善于发现问题，提出合理猜想、设计实验、分析论证、反思评估；2.通过创设问题情境，激发探究欲望，提高实验探究能力．
科学态度与责任：1.树立安全用电、节约用电的思想意识；2.通过实验培养严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度．
命题规律
高考对恒定电流部分的考查内容主要有电路基本概念，欧姆定律和电阻定律，电功率和焦耳定律，动态电路、含容电路和电路故障.以电路为基础，与电动机、磁场、电磁感应相联系综合考查电功、电热及效率.实验考查内容主要有电表的改装和读数，多用电表的原理和使用，以伏安法为代表的电阻的几种测量方法，以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量，传感器应用，以实验原理、电路设计、数据处理和误差分析等知识能力的考查为主，本章考查的主要是科学思维、科学探究、学科素养。
备考策略
重点掌握闭合电路欧姆定律及直流电路问题.本章以电学实验形式出现的可能性较大，所以平时多练一练电学实验.不可忽视以动力学为背景的力电综合题，还有以电路知识为背景的能量守恒问题.加强文字表达、函数表达、图象表达的理解及其应用。实验以电表改装、电阻测量为主线，加强实验原理、电路设计、数据处理和误差分析的练习。
电路图
负载R上电压
的调节范围
eq \f(RE,R＋R0)≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流
的调节范围
eq \f(E,R＋R0)≤I≤eq \f(E,R)
0≤I≤eq \f(E,R)
U/V
0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
U/V
0.0
1.2
1.6
2.0
2.4
2.6
2.8
3.0
I/mA
0.0
0.0
0.1
0.4
0.9
1.8
3.3
5.1
第九章 恒定电流
【网络构建】
专题9.4 实验十：描绘小电珠的伏安特性曲线
【网络构建】
考点一 基本要求
一、实验目的
1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．
2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．
3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．
二、实验原理
用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
三、实验器材
小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
四、实验步骤
1．画出电路图(如实验原理图所示)．
2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路．
3．测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．
4．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，就得到小电珠的伏安特性曲线．
考点二 规律方法
一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
二、两种接法的选择
1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
三、误差分析
1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．
2．测量时读数带来误差．
3．在坐标纸上描点、作图带来误差．
四、注意事项
1．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接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端．
4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
高频考点一 基本要求
例1、(2023·安徽马鞍山·三模）某同学进行“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验：要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。已选用的器材有：
待测小灯泡（额定电压为2.5V，额定功率为1.5W）；
电源（电动势为3V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0~0.6A，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0~3V，内阻为3kΩ）；
开关一个、导线若干。
（1）实验中所用的滑动变阻器应选_____。（填写器材前面的序号）
A．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）
B．滑动变阻器（最大阻值100Ω，额定电流2A）
（2）描绘出小灯泡的I-U特性曲线如图中实线所示，则可知该灯泡电阻随电压升高而____（填“增大”“减小”或“不变”）；已知图中虚线为该灯泡两端电压为1.5V时I-U特性曲线的切线，则此时灯泡的实际阻值为_____Ω（保留两位有效数字）。
（3）若将两只完全相同的该灯泡串联后与一电动势为3V、内阻为2Ω的电源串联成闭合回路，则每只灯泡的实际功率为_______W（结果保留两位有效数字）。
答案: A 增大 2.8##2.7##2.6##2.9 0.45##0.46##0.47##0.48##0.49##0.50##0.51##0.52##0.53
解析：
（1）[1]描绘小灯泡伏安特性曲线，需要将滑动变阻器采用分压式接法，为方便实验操作滑动变阻器应选较小电阻，故选A；
（2）[2]小灯泡伏安特性曲线的割线斜率为小灯泡的电阻的倒数，则可知该灯泡电阻随电压升高而增大；
[3]灯泡两端电压为1.5V时，此时灯泡的实际阻值为
（3）[4]当把两只这样规格的小灯泡串联后直接接在电动势为3V、内阻为2Ω的电源上组成闭合回路时，设小灯泡的电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律可得
所以灯泡电压
在U-I中作出上式的图像，如下所示
图线交点坐标约为(0.45V，1.05A)，则每只灯泡的功率为
则每只灯泡的实际功率为0.45~0.53W。
【变式训练】(2023·湖南师大附中二模）表格中所列数据是测量小灯泡关系的实验数据：
（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图中的_________（填“甲”或“乙”）；
（2）在图中的方格纸内画出小灯泡的曲线；________
（3）有人推论：如果灯泡两端的电压增大到3.5V，那么灯泡中通过的电流一定小于0.251A，你认为他的推论是否正确，_______为什么？_______。
（4）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上。已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为________A。
答案: 甲 正确 见解析 0.210
解析：
（1）[1]由表格数据，灯泡电压要从0开始变化，应选择分压式电路，故选甲；
（2）[2]小灯泡的曲线如图所示
（3）[3][4]正确，因为从图线可知，电压越高，灯丝电阻越大，因此3.5 V时的电阻肯定比3.0 V时大，假设此两电压下的电阻相等，则
解得
所以3.5V电压对应的实际电流I<0.2508 A，因此灯泡中通过的电流一定小于0.251 A。
（4）[5]流过电阻R的电流是通过灯泡b的两倍，则流过灯泡a的电流是b的三倍；同时灯泡a和b的电压之和为3 V，则（0.070 A，0.30 V）（0.210 A，2.70 V）两点刚好符合要求，故流过a灯的电流约为0.210 A。
高频考点二 规律方法
例2、(2023·河北冀州中学模拟）某同学想要研究小灯泡的伏安特性，现有的实验器材如下：
A．小灯泡L（额定电压约3.8V，额定功率约1.8W）；
B．电压表V1（量程3V，内阻为3kΩ）；
C．电压表V2（量程为15V，内阻为15kΩ）
D．电流表A（量程为0.6A，内阻约为1Ω）
E．定值电阻R1（阻值100Ω）；
F．定值电阻R2（阻值1000Ω）
G．滑动变阻器R（阻值0~10Ω）；。
H．电源E（电动势5V，内阻不计），开关S，导线若干；
（1）该同学已选定的器材是小灯泡L、滑动变阻器R、电源E、开关S、导线若干，要完成该实验，还需要的器材是___________（填写器材前的字母序号）
（2）实验要求能够较准确的画出灯泡的伏安特性曲线，请在虚线框中帮助该同学画出实验电路原理图。( )
（3）正确设计并连接好电路，实验中测得该灯泡的伏安特性曲线如图所示，由实验的图线可知，小灯泡在额定电压下工作时的电阻为___________Ω。（结果保留两位有效数字）
（4）现将两个相同的小灯泡按如图电路图连接到另一个电路中，图中电源的电动势为6V，内阻为1.0Ω，电阻R0的阻值为4.0Ω，闭合开关S，每个小灯泡的实际功率为___________W。（结果保留两位有效数字）
答案: BDF 8.4（8.2-8.6均可） 0.82（0.80-0.85均可）
解析：
（1）[1]要研究小灯泡的伏安特性，需要用到电流表和电压表。灯泡额定电流为
故电流表选择D；
灯泡额定电压为3.8V，若采用电压表V2则测量误差较大，因此电压表应选择V1，即选择B；
同时将电压表V1的量程进行扩大，要大于3.8V。若扩大后的量程为3.8V，则需要串联电阻
则定值电阻应选择R2，即选择F；
故还需要的器材是BDF。
（2）[2]灯泡正常发光时的电阻为
远小于电压表V1的内阻，故电流表应采用外接法；
实验中要求小灯泡两端的电压从零开始变化以便测量多组数据，滑动变阻器应采用分压接法；
定值电阻R2与电压表V1串联测量小灯泡的电压，实验电路图如图所示：
（3）[3]由实验的图线可知，小灯泡在额定电压3.8V下工作时的电流为0.45A，故电阻为
（8.2-8.6均可）
[4]把电源与电阻R0整体看作等效电源，设流过每个灯泡的电流为I，其电压为U，根据闭合电路欧姆定律可得：
U=E-2I(r+R)=6-10I
当路端电压U=0时，电流
I=0.6A
当电流I=0时，路端电压
U=E=6V
在灯泡U-I图象坐标系内作出电源的U-I图象如图所示：
由图示图线可知，灯泡两端电压
U=2.1V
电流
I=0.39A
灯泡实际功率：
（0.80-0.85均可）
【变式训练】(2023·重庆市育才中学二模）太阳能电池在有光照射时，可以将光能转化为电能，在没有光照射且未储存电能时可视为一个电阻。实验小组用伏安法探究某太阳能电池视为电阻RS时的I-U特性。
（1）实验小组设计好电路后，正确操作，得到了多组电压表和电流表的示数U、I，如下表所示：
①他们设计的电路图可能是图甲中的___________（选填“A”或“B”）图。
②根据表中数据作出太阳能电池RS的I-U图线如图乙所示，由I-U图线可知，随所加电压的增大，太阳能电池的电阻RS的变化趋势为___________。
（2）将___________只相同的该太阳能电池的电阻RS并联后，直接与电动势为4V，内阻为200Ω的电源组成闭合回路，可使太阳能电池的总功率最大，最大值为___________W。
答案: A 先几乎不变，后迅速减小 25 0.02
解析：
(1)①[1]根据表中数据可知，电压表和电流表都是从零开始测量，所以电路图选择A；
②[2]由图可知，图线斜率开始几乎不变，然后迅速增大，图线斜率是电阻的倒数，所以开始电阻几乎不变，然后迅速减小；
(2)[3][4]设有n个相同的太阳能电池的电阻RS并联，太阳能电池的总功率
可得
当
时，太阳能电池的总功率最大，带入表格中的数据可得，只有I=0.4mA，U=2.0V的数据合适，则可得
此时太阳能电池的最大总功率为
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
电路的基本概念和规律
Ⅱ
浙江6月卷·T12
浙江1月卷·T12
浙江7月卷·T1
浙江4月卷·T8
浙江4月卷·T5
闭合电路欧姆定律及其应用
Ⅱ
Ⅰ卷·T17
江苏卷·T6
北京卷·T12
浙江1月卷·T6
江苏卷·T3
实验九：测定金属的电阻率

浙江1月卷·T18
浙江6月卷·T18
Ⅰ卷·T22
天津卷·T9
实验十：描绘小电珠的伏安特性曲线
乙卷·T23
甲卷·T23
河北卷·T11
Ⅱ卷·T23
Ⅲ卷·T23
实验十一：测定电源的电动势和内电阻
乙卷·T23
湖南卷·T21
北京卷·T16
山东卷·T14
实验十二：练习使用多用电表
Ⅰ卷·T23
Ⅱ卷·T22
核心素养
物理观念：1.认识电路及其特点，理解电源电动势等重要概念；2.掌握焦耳定律、闭合电路欧姆定律的应用．
科学思维：1.分析电路结构，判断电路有关问题；2.用闭合电路欧姆定律计算电路有关问题．
科学探究：1.善于发现问题，提出合理猜想、设计实验、分析论证、反思评估；2.通过创设问题情境，激发探究欲望，提高实验探究能力．
科学态度与责任：1.树立安全用电、节约用电的思想意识；2.通过实验培养严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度．
命题规律
高考对恒定电流部分的考查内容主要有电路基本概念，欧姆定律和电阻定律，电功率和焦耳定律，动态电路、含容电路和电路故障.以电路为基础，与电动机、磁场、电磁感应相联系综合考查电功、电热及效率.实验考查内容主要有电表的改装和读数，多用电表的原理和使用，以伏安法为代表的电阻的几种测量方法，以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量，传感器应用，以实验原理、电路设计、数据处理和误差分析等知识能力的考查为主，本章考查的主要是科学思维、科学探究、学科素养。
备考策略
重点掌握闭合电路欧姆定律及直流电路问题.本章以电学实验形式出现的可能性较大，所以平时多练一练电学实验.不可忽视以动力学为背景的力电综合题，还有以电路知识为背景的能量守恒问题.加强文字表达、函数表达、图象表达的理解及其应用。实验以电表改装、电阻测量为主线，加强实验原理、电路设计、数据处理和误差分析的练习。
电路图
负载R上电压
的调节范围
eq \f(RE,R＋R0)≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流
的调节范围
eq \f(E,R＋R0)≤I≤eq \f(E,R)
0≤I≤eq \f(E,R)
U/V
0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
U/V
0.0
1.2
1.6
2.0
2.4
2.6
2.8
3.0
I/mA
0.0
0.0
0.1
0.4
0.9
1.8
3.3
5.1