专题57 描绘小电珠的伏安特性曲线2022届高中物理常考点归纳二轮复习

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常考点 描绘小电珠的伏安特性曲线
【典例1】
市场上有一种在蚊帐内使用的小型直流电动机电风扇．某物理研究型学习小组想测定电风扇正常运行时的
机械功率，于是找到了一台这样的电风扇并从铭牌上读出了额定电压U，但其它字迹不清楚．该小组成员
取出电池，并从电风扇连接电池的正、负两极各接出一条引线．提供的器材有电流表、电压表、滑动变阻
器、备用电池若干节、电键、若干导线、固定电池的电池盒．
（1）测量时，选择的电路图比较合理的是 图（选填“甲”或“乙”）．
（2）该小组进行了如下的实验步骤：
（A）按事先设计的电路连接各元件，并将变阻器的滑动片移动到最左端；
（B）合上开关，将滑动片从最左端开始缓慢向右移动，使电压表和电流表都有明显的示数，但电风扇并未转动，读出此时电压表和电流表的读数分别为U0、I0；
（C）移动滑动变阻器的滑动片，当电压表的读数达到U时，观察电风扇是否正常工作，若正常工作，记下此时电压表的读数U和电流表的读数I．
（D）用测得的物理量表示电动机M正常运转时输出的机械功率P输出＝ ．
（3）该小组同学找了甲、乙两个不同规格的电风扇继续进行测量，用伏安法分别测出甲、乙两个电风扇的伏安特性曲线如图丙所示．若他们将甲、乙两个电风扇串联接在6V的恒压电源两端，则甲的实际功率为 W，乙的实际功率为 W．（要求保留作图求解的痕迹）
解：（1）设计实验时要求直流电动机电风扇的电压变化范围较大，所以要使用分压式接法，故甲图比较合理；
（2）输出的机械功率P出＝UI﹣I2r＝IU﹣I2．
（4）串联电路电流相等，两风扇的电压之和等于6V，根据图象可知，当电流为0.7A时，甲的电压为2V，乙的电压为4V，正好满足，
作出经过0.7A、平行于U轴的直线，描出两个工作点，
则有：此时甲的功率为P甲＝2×0.7W＝1.4W，乙的功率为P乙＝4×0.7W＝2.8W
故答案为：（1）甲；（2）IU﹣I2．（3）1.4，2.8
【典例2】
某小组同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中所用器材如下：
A．电源（电动势约为3V，内阻为几欧）
B．电压表V（量程0～3V，内阻为几千欧）
C．电流表A（量程0～300mA，内阻为几欧）
D．小灯泡（）
E．滑动变阻器R1（0～10Ω2A）
F．滑动变阻器R2（0～200Ω1.5A）
G．开关、导线若干
（1）实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调，且尽可能地减小实验误差，应当在图（甲）中选择电路图 （填“A”或“B”）；
（2）实验器材中有两个滑动变阻器，该实验应选用的是 （填“R1”或“R2”）；
（3）根据实验所测得的电压和电流，描绘出的该小灯泡的伏安特性曲线如图（乙）所示，则该小灯泡两端电压为2.5V时，通过的电流为 mA，这个电流值与通过小灯泡中电流的真实值相比偏大，其原因是电压表的 （填“分压”或“分流”）。
（4）由以上实验数据及图象可知小灯泡的电阻随温度的升高而 （填“增大”、“减小”或“不变”）
解：（1）描绘灯泡伏安特性曲线电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择A电路；
（2）由于采用分压接法，所以滑动变阻器应选择总阻值较小的R1；
（3）由图可知，当电压为2.5V时，电流为240mA；由于采用电流表外接法，电压表分流使电流表示数偏大；
（4）U﹣I图象中图象的斜率表示电阻，则由图可知，随着电压的升高电阻增大；原因是灯丝电阻随温度的升高电阻率增大。
答案：（1）A；（2）R1；（3）240，分流；（4）增大。
一、基本原理与操作
二、数据处理
(1)在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系。
(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。
三、注意事项
1．电流表外接法：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连接
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
四、误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
2．测量时读数带来误差。
3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
五、实验拓展与创新
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点，常见创新点如下：
【变式演练1】
在用电压表和电流表研究小灯泡在不同电压下的功率的实验中，实验室备有下列器材供选择：
A．待测小灯泡“3.0V、1.5W”
B．电流表（量程3A，内阻约为1Ω）
C．电流表（量程0.6A，内阻约为5Ω）
D．电压表（量程3.0V，内阻约为10kΩ）
E．电压表（量程15.0V，内阻约为50kΩ）
F．滑动变阻器（最大阻值为100Ω，额定电流50mA）
G．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，额定电流1.0A）
H．电源（电动势为4.0V，内阻不计）
I．电键及导线等
（1）为了使实验完成的更好，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 ．（只需填器材前面的字母即可）
（2）请在图1虚线框内画出实验电路图．
（3）某同学在一次测量时，电流表、电压表的示数如图2所示．则电压值为 V，电流值为 A，小灯泡的实际功率为 W．
解：（1）从测量精确度考虑，小灯泡的额定电压为3V，所以电压表选取量程为3V的，小灯泡的额定电流I＝＝A，所以电流表选取量程为0.6A的，最大阻值为100Ω的滑动变阻器接入电路测量误差较大，所以选取最大阻值为10Ω的滑动变阻器．故选C、D、G．
（2）由于电压和电流需从0开始测起，所以滑动变阻器采用分压式接法，灯泡的电阻R＝＝＝6Ω，远小于电压表内阻，与电流表内阻相当，属于小电阻，“小外偏小”，采取电流表的外接法．电流图如下．
（3）电压表量程为3V，所以1格等于0.1V，所以电压表读数为1.80V．电流表量程为0.6A，所以1格等于0.02A，所以电流表读数为0.33A．P＝UI＝1.80×0.33W＝0.59W．
答案：（1）C，D，G； （2）如图所示；
（3）1.80，0.33，0.59．
【变式演练2】
一玩具电动机中导线圈的电阻率，某实验小组的部分实验方案如下
（1）用螺旋测微器测得导线圈同种规格导线直径d如图1所示，则d＝ mm；
（2）用多用电表测量电动机中导线圈的电阻Rx：选择“×1Ω”欧姆挡，并按正确步骤操作后，指针的位置如图2所示（此过程电动机不转动），则Rx＝ Ω．
（3）为提高精度，他又用以下仪器再次测量导线圈的电阻Rx：电流表A1（0～3A、约5Ω）；滑动变阻器R1（1kΩ）；电流表A2（0～30mA、约10Ω）；滑动变阻器R2（50Ω）；定值电阻R0＝60Ω；电源（4V、约1Ω）及开关等，导线若干．
①实验小组为使测量过程中电动机不转动而采用了如图3所示的电路图，应选择的电流表是 ，滑动变阻器是 ；（填写符号）
②按照实验要求，多用表已选择“直流电压2.5V”挡作为电压表使用，请依据图3将图4实验电路中的仪器连接欠缺的两处补完整；
③图5是该实验小组测得的数值描绘出的图象，其斜率值表示的是（填选项） ．
导线圈的电阻； B、导线圈的电阻与R0阻值之和．
解：（1）由图1所示螺旋测微器可知，其固定刻度示数为0mm，可动刻度读数：15.2×001mm＝0.152mm，
螺旋测微器示数为：0mm+0.152mm＝0.152mm．
故螺旋测微器读数为0.152mm；
（2）欧姆表选择“×1Ω”欧姆挡，由图2所示可知，欧姆表示数为：25×1Ω＝25Ω；
（3）①电路最大电流约为：I＝＝≈0.047A＝47mA，选3A量程电流表读数误差太大，因此电流表应选A2，由电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选：R2．
②根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：
③由电路图可知，电压表测定值保护电阻与电动机两端电压，电流表测通过他们的电流，因此U﹣I图象的斜率是电阻R0和电动机串联的总电阻，故选B；
答案：（1）0.152；（2）25；（3）①A2；R2；②实物电路图如图所示；③B．
1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，所用小灯泡的额定电压为2.8V。
①小张同学已经连接好电路，如图甲所示，在开关闭合前，请你帮小张同学检查一下导线连接情况 ；
A.准确无误
B.导线a连错
C.导线b连错
D.导线c连错
②电路检查无误后，合上开关前，滑动变阻器的滑片应该移到 端（选填“A”或“B”）；
③实验测得该小灯泡伏安特性曲线如乙图中实线所示，虚线是它的渐近线。由乙图可知，灯泡正常发光时的电阻为 Ω（保留两位有效数字）。
解：①测量小灯泡描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，故b线连接错误，应将b接在滑动变阻器左下接线柱。故选C。
②合上开关前，滑动变阻器的滑片位置应使小灯泡两端电压为零，且小灯泡两端从零增加电压，故滑片应在B端。
③灯泡正常发光时的电阻恒定，为图中渐近线的斜率。
答案：①C ②B ③20
2．有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的U﹣I图线，有下列器材供选用：
A．电压表（0～5V，内阻10kΩ） B．电压表（0～10V，内阻20kΩ）
C．电流表（0～0.3A，内阻1Ω） D．电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）
E．滑动变阻器（5Ω，10A）F．滑动变阻器（500Ω，0.2A）
（1）实验中电压表应选用 ，电流表应选用 ．为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用 （用序号字母表示）．
（2）请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．
解：（1）因灯泡的额定电压为4V，为保证安全选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确；故只能选用0～5V的电压表，故选A；
由P＝UI得，灯泡的额定电流I＝＝＝0.5A；故电流表应选择0～0.6A的量程，故选D；
而由题意要求可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E；
（2）由P＝可求得：
灯泡内阻R＝＝＝8Ω；
则＝＝1250；
＝＝20；
故说明电压表远大于灯泡内阻，应采用电流表外接法；
而由以上分析知，滑动变阻器应选择分压接法；
故答案如图所示：
答案：（1）A；D；E；（2）如图．
3．2020年12月1日23时许，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区，成为我国第三个成功实施月面软着陆的探测器。嫦娥五号选择了更高效率的太阳电池、嫦娥三号和嫦娥四号的太阳电池光电转换效率分别为28.6%和30.84%，嫦娥五号则达到了31%以上。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，可以视为一个电学器件。某实验小组用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在没有光照时（没有储存电能）的I﹣U特性。所用的器材包括：太阳能电池，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。
（1）该实验小组先用一弱光照射太阳能电池、并用如图1电路调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U﹣I曲线a。由图2可知弱光照射太阳能电池时，其电动势E＝ V。
（2）再改变实验中光的强度，用一强光重复实验，测得U﹣I曲线b，见图2。当滑动变阻器的电阻为某值时，若曲线a的路端电压为1.0V，则滑动变阻器的测量电阻为 Ω，此电阻值对应的曲线b外电路消耗的电功率为 W。（计算结果均保留两位有效数字）
解：（1）由图1所示电路图，根据闭合电路的欧姆定律得：U＝E﹣Ir
由图2所示曲线a可知，弱光照射太阳能电池时，其电动势E＝2.5V。
（2）由图2所示图可知，曲线a的路端电压U＝1.0V时电路电流I＝90μA＝9×10﹣5A，
则滑动变阻器的测量电阻R＝Ω≈1.1×104Ω，
作出此时滑动变阻器的U﹣I图象如图红线所示，
由图示图象可知，此电阻值对应的曲线b外电路电压U′＝1.8V，电流I′＝160μA＝1.6×10﹣4A，
外电路消耗的电功率为P＝U′I′＝1.8×1.6×10﹣4W≈2.9×10﹣4W。
答案：（1）2.5；（2）1.1×104；2.9×10﹣4。
4．小强同学网购了一块太阳能电池板，查阅资料得知太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，而在没有光照时，可以视为一个电学器件。
（1）小强先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I﹣U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。为了达到上述目的，实验电路应选用图1中的图 （填“a”或“b”）。
（2）小强为了研究太阳能电池板的电动势和内阻跟光照强度的关系，选用的器材有：电流表（200μA，500Ω）、电阻箱、电键、导线等。
①实验器材如图2所示，请用笔画代替导线将电路补充完整；
②以白炽灯为光源，太阳能电池板离灯分别为40cm和60cm时进行测量。并用图象法研究太阳能电池板的电动势和内阻，在坐标系中描点、作图如图3所示，“•”和“×”分别表示太阳能电池板离灯40cm和60cm两种光照条件下的数据点，请计算当太阳能电池板离灯40cm时的电动势为 V（保留两位有效数字）；
③通过图象，可判断光照强度对太阳能电池板的电动势的影响是 。
解：（1）描绘伏安特性曲线要求电表示数从零开始，滑动变阻器采用分压接法，故应选择a实验电路图；
（2）①根据图a连接实物图如图所示：
；
②根据实验电路图，由闭合电路欧姆定律得：E＝I（RA+R+r）
变形为：＝R
根据关系式结合图3可得：＝＝||
解得：E＝0.80V
③太阳能电池板离灯40cm和60cm的I﹣R图象中，40cm的斜率比60cm 的斜率小，即40cm的电动势比60cm的电动势大，靠的近光照强度大，太阳能电池板的电动势也变大。故光照强度越大，太阳能电池板的电动势也越大；
答案：（1）a；
（2）①
；
②0.80；③光照强度越大，太阳能电池板的电动势也越大。
5．某课外兴趣小组要描绘一个标有“4.8V，2.4W”的小灯泡的伏安特性曲线，部分实验器材如下：直流电源E（6V，内阻可不计）、电流表A（0～0.6A，内阻约为0.4Ω）、电压表V（0～3V，内阻为1kΩ）、开关和导线若干、滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流2A）、滑动变阻器R2（0～150Ω，额定电流2A）
（1）由于电压表V的量程太小，需将电压表量程扩大为0～6V，该电压表应串联的分压电阻的阻值为R0＝ Ω，找到符合要求的电阻R0后，该小组的同学将题给的电压表（表盘未改动）与分压电阻R0串联，改装成量程为0～6V的电压表后，设计了图甲的电路来描绘该小灯泡的伏安特性曲线，为减小测量误差和便于实验操作，滑动变阻器应选用 ；
（2）请根据实验电路原理图甲连接图乙中的实物图；
（3）连接好电路后小组成员发现无论如何调节滑动变阻器的阻值，电压表始终有示数，且电流表的示数无法调到零，可能的原因为 （选填“ab断路”“ac断路”“de断路”或“be短路”）；
（4）排除故障后，通过电压表和电流表所读的数据在I﹣U坐标系中描点连线，得到的I﹣U曲线如图丙，若把该小灯泡与一阻值为20Ω的定值电阻串联后接到电动势为8V、内阻不计的电源两端，利用作图法得该小灯泡的实际功率约为 W（保留两位有效数字）
解：（1）电压表原满偏电压为3V，设满偏时电流为Ig，内阻为Rg，故有Ug＝IgRg＝3V
串联一个电阻后，则有U'g＝Ig（Rg+Rx）＝6V联立解得：Rx＝Rg＝1000Ω
由图甲知，电路为分压电路，为了使电流表指针偏转明显，便于读数，减小误差，需要选择最大阻值较小的R1。
（2）根据图甲连线如图所示；
（3）若ab断路，则上支路断开，两表均无读数；若de断路，电压表无读数；若be短路，电流表示数可以调到0；若ac断路，无论如何调节滑动变阻器的阻值，电压表始终有示数，且电流表的示数无法调到零，所以故障可能是ac断路.
（4）设灯与20Ω的定值电阻串联后接入电动势为8V、内阻不计的电源两端，电流为I，分压为U，则有E＝U+IR2⇒U＝﹣20I+8。在图丙中画出这条线如图所示，与曲线相交（1.19V，0.36A），交点即为稳定时流经灯泡的电流、两端电压，计算可得P＝UI＝1.19×0.36W＝0.43W（0.42W～0.45W）
答案：（1）1000、R1；（2）如图所示；（3）ac断路；（4）0.43（0.42～0.45均正确）
6．某同学利用如下器材设计了测定二极管正向伏安特性的电路图如图甲，并测得相应的伏安特性曲线如图乙。
A．电源（20V，内阻可忽略）
B．电压表V1（量程为0到3V，内阻约为1000Ω）
C．电压表V2（量程为0到10V，内阻约为5000Ω）
D．电流表A（量程为0到10mA，内阻约为0.1Ω）
E．保护电阻R1
F．滑动变阻器R2（阻值为0到50Ω，1A）
G．滑动变阻器R3（阻值为0到1000Ω，0.1A）
H．发光二极管一个
I．导线、开关若干
（1）甲图中电压表应选用 ，滑动变阻器选用 （统一填字母序号）。
（2）该同学发现所测定二极管伏安特性曲线先是曲线，后来逐渐趋近于一条直线，可知该二极管的正向电阻 （选填“先减小后不变”、“一直减小”、“先增大后不变”）；曲线上A点所对应二极管的阻值 Ω（保留三位有效数字）。
（3）将该二极管通过一阻值为500Ω的电阻与一电动势为6V、内阻不计的电源串联（如图丙所示），则该二极管的实际功率为 W（保留三位有效数字）。
解：（1）由图乙的横坐标的示数及电源电动势，电压表只能选择量程为10V的电压表C；由图甲知道滑动变阻器采用分压接法，所以只能选择最大阻值较小的滑动变阻器F；
（2）从二极管的I﹣U图线的特点来看，先是曲线后是直线，但根据R＝知，由线上的点与坐标原点的连线的斜率的倒数是电阻，所以随着电压的增大，曲线上点与坐标的连线越来越倾斜，故电阻一直减小；
A点的坐标为（5.1V，6mA），所以此时二极管的电阻R＝；
（3）按图丙接线后，由于电源内阻不计，可以写出二极管两端电压与电流的关系为I＝，即I＝12﹣2U （mA），在图乙中画出此直线，相交于（4.5V，3mA），所以二极管的功率P＝UI＝4.5×0.003W＝1.35×10﹣2W。
答案：（1）C、F；（2）一直减小、850；（3）1.35×10﹣2
7．某实验小组在进行课外实验探究中，要描绘一个标有“3.8V，1W”的小灯泡的R﹣U曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）
B．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）
C．电流表A1（量程300mA，内阻约为1Ω）
D．电流表A2（量程800mA，内阻约为0.4Ω）
E．滑动变阻器R1（阻值0～20Ω）
（1）实验中为了比较准确地测量且方便调节，电流表应选用 （选填A1或A2）；
（2）实验中要求小灯泡电压从零开始逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小．请你为该实验小组设计电路图，画在图1虚线方框中；
（3）根据实验数据，该实验小组计算并描绘出了R﹣U的图象，与理想情况略有偏差，如图2甲所示．由图象可知，当所加电压为2.00V时，灯泡实际消耗的电功率为 W（小数点后保留两位数字）
（4）小灯泡的I﹣U图象如图2乙所示．则流过小灯泡的电流I随电压U变化的图象是 （请选填①或②）．
解：（1）根据小灯泡规格“3.8V，1W”可知，额定电流为：I＝＝260mA，所以电流表应选A1；
（2）由于实验要求电压从零调，所以变阻器应用分压式接法，由于小灯泡电阻较小可知电流表应用外接法，即电路应是“分压外接”．
电路图如图：
（3）由图象可知，当所加电压为2.00V时，R＝9.1Ω，
灯泡实际消耗的电功率为：P＝＝0.44 W
（4）由乙图可知随电压的增大导体的电阻增大，故越大，故I﹣U图象的斜率随电压的增大而减小，则流过小灯泡的电流I随电压U变化的图象是 ①．
答案：（1）A1；（2）如图所示；（3）0.44；（4）①
8．某同学利用学过物理知识测量电阻Rx的阻值及探究额定功率为4W、额定电压为4V的小灯泡消耗的功率与电压的关系．现该同学准备了如下的实验器材：
A．电压表V1（0～2V，内阻2kΩ）；
B．电压表V2（0～15V，内阻15kΩ）；
C．电流表A（0～1A，内阻约1Ω）；
D．定值电阻R1＝2kΩ；
E．定值电阻R2＝16kΩ；
F．滑动变阻器R（15Ω，2A）；
G．学生电源（直流6V，内阻不计）；
H．开关、导线若干
①为了减小实验误差，电压表应选用 ，定值电阻应选用 （均用序号字母填写）；
②在探究功率与电压的关系时，要求电压从零开始调节，并且多次测量，请在图1内画出满足要求的电路图；
③根据设计的电路图，写出电压表读数UV与小灯泡两端电压U的关系 ．若小灯泡的电功率为P，则关系图线可能正确的是 ．
解：①：由于小灯泡的额定电压为4V，若选15V量程，则量程太大，所以应选A，但需要进行改装为U＝4V量程的电压表；
根据欧姆定律和串并联规律应有：U＝，解得：R＝2kΩ，所以定值电阻应选D；
②：实验要求电压从零调，说明变阻器应采用分压式接法；
由于待测电阻阻值为，满足，所以电流表应用外接法，电路图如图所示：
③：根据欧姆定律应有：U＝，
整理解得：＝＝；
若小灯泡功率为P，则P＝＝，由于小灯泡电阻随温度的升高而增大，所以P﹣图象中各点与原点连线的斜率应逐渐减小，所以图线C正确．
答案：①A，D；②如图；③U＝2Uv，C
9．小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线．
实验可供选择的器材有：
A．小灯泡（“2.5V，1.2W”）
B．电流表（量程：0～0.6A，内阻为1Ω）
C．电压表（量程：0～3V，内阻未知）
D．滑动变阻器（0～10Ω，额定电流1A）
E．滑动变阻器（0～5Ω，额定电流0.5A）
F．电源（E＝3V，内阻不计）
G．定值电阻R0（阻值R0＝6Ω）
H．开关一个和导线若干
（1）要求小灯泡两端的电压从零开始变化，且能尽量消除系统误差，在图1方框内画出实验电路图．
（2）实验中，应该选用的滑动变阻器是 （填写器材前字母代号）．
（3）按照正确的电路图，该同学测得实验数据如下：（I是的示数，U是的示数，U灯是小灯泡两端的实际电压）．请通过计算补全表格中的空格，然后在图2中画出小灯泡的伏安特性曲线．
该同学将与本实验中一样的两个小灯泡以及给定的定值电阻R0三者一起串联接在本实验中提供的电源两端，则每个灯泡的实际功率是 W．
解：（1）因为小灯泡两端的电压从零开始变化，所以滑动变阻器采用分压式接法．电流表的内阻是定值，可以采用电流表内接法，电流等于通过灯泡的电流，通过电流表的电压可以得出灯泡两端的电压．电路图如图所示．
（2）因为通过灯泡的额定电流接近0.5A，与滑动变阻器并联后，电流会大于0.5A，所以滑动变阻器选择D．
（3）灯泡两端的电压等于电源表的读数减去电流表的读数与电流表内阻乘积之差，结果如表格中所示．U﹣I图线如图所示．
（4）在同一坐标系中作出2U+IR0＝E的图线，根据此图线与灯泡的U﹣I图线的交点可得此时灯泡的电压U＝0.6V，电流I＝0.3A．所以，灯泡的实际功率为 P＝UI＝0.18W．
答案：（1）
（2）D
（3）
（4）0.18W．
10．如图1所示为某同学传感器研究小灯泡的U﹣I关系图线．实验中可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1（阻值变化范围0～50Ω）、滑动变阻器R2（阻值变化范围0～1000Ω）、电动势为6V的电源（不计内阻）、小灯泡、开关、导线若干．
（1）实验中要求得到U﹣I关系的完整曲线，在方框图2中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号．
（2）由U﹣I关系图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而 （填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）如果将该小灯泡分别接入甲、乙两个不同电路，如图3所示，其中甲电路的电源为一节干电池，乙电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为1.5V，内阻为1.5Ω，定值电阻R＝18Ω，则接入 （填“甲”或“乙”）电路时，小灯泡较亮些．
（4）在乙电路中，小灯泡消耗的电功率为 W．
解：（1）由于要画出U﹣I关系的完整曲线，变阻器应采用分压式接法，
由于小灯泡的阻值较小，电流表应用外接法，电路图如图所示：
（2）由U﹣I关系图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大．
（3）分别在小灯泡灯丝电阻的U﹣I关系曲线图上画出电源的伏安特性曲线（电源乙的等效内阻为r乙＝4.5Ω+18Ω＝22.5Ω），如图所示，与小灯泡灯丝电阻的U﹣I关系曲线交点即为工作点．显然接入甲电路时，灯泡中电流较大，小灯泡较亮些．
（4）在电路乙中，小灯泡消耗的电功率为P＝UI＝1×0.15W＝0.15W；
答案：（1）如图（2）增大（3）甲（4）0.15原理电路图
操作要领
(1)连接电路：用导线进行实物连线
(2)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，填入自己设计的表格中
(3)画图象：画I－U图线
实验原理的创新
1.分析小灯泡的电阻、电阻率的变化情况。
2.借助伏安特性曲线进行实验数据处理，计算小灯泡的最小功率和最大功率。
实验器材及目的的创新
1.电路中增加R2和S2，作用是实验前使电容器所带的电荷中和。
2.实物连线图随之发生变化。
3.将测小电珠的伏安特性曲线改为测电容器充电时两极间的U­t图线。
实验方案创新
1.由测小灯泡换成分析电源。
2.由伏安法测小灯泡伏安特性曲线，改为利用伏安特性曲线分析。
I/A
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.48
U/V
0.08
0.15
0.25
0.40
0.60
0.90
1.30
1.85
2.50
3.00
U灯/V
I/A
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.48
U/V
0.08
0.15
0.25
0.40
0.60
0.90
1.30
1.85
2.50
3.00
U灯/V
0.03
0.05
0.10
0.20
0.35
0.60
0.95
1.45
2.05
2.52