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第35 讲 实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线
目录
01 考情解码·命题预警.................................................................................................................................................1
02 体系构建·思维可视.................................................................................................................................................2
03 核心突破·靶向攻坚.................................................................................................................................................4
考点一 基础实验方案 ...........................................................................................................................4
知识点1 实验原理与操作.........................................................................................................................4
知识点2 数据处理......................................................................................................................................4
知识点3 误差分析与注意事项.................................................................................................................5
考向1 实验原理与操作...............................................................................................................................5
考向2 数据处理与误差分析.....................................................................................................................13
考点二 创新实验方案 ..............................................................................................................................19
知识点 创新实验方案............................................................................................................................19
考向 创新实验新考法................................................................................................................................20
04 真题溯源·考向感知...............................................................................................................................................23
1
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
描绘小灯泡的
伏安特性曲线
理解
低频
\
\
\
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：近几年各地高考很少出现单独对描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的考查。以往考查时题目以
实验题的形式出现，以考查原理、电路设计和误差分析较多，福建近三年的高考中没有出现对该实验的考
查
3.备考建议：本讲内容备考时候，注意理解描绘小灯泡伏安特性曲线的原理及操作，熟练掌握欧姆定律伏
安法，学会分析系统误差。
4.命题情境：实验题，创新实验题型
1.结合半导体器件（如二极管、热敏电阻）考查非线性伏安特性曲线的绘制与应用
2.要求学生通过图像分析元件的工作状态（如额定电压、实际功率）
5.常用方法：欧姆定律、伏安法
复习目标：
1.理解和掌握描
小灯泡伏安特性曲
的
绘
线
原理，并会做出必要的
差分析。
实验
误
2.能
在原型
基
上，通
的改
或者
新，做出同
探究
实验
实验
够
础
过对
进
创
类
2
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3
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考点一 基础实验方案
知识点1 实验原理与操作
实验原理及
原理图
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UI 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来
实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，
按图中的原理图连接好实验电路
2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S
3.移动滑动变阻器滑片位置，测出12 组左右不同的电压值U 和电流值I，并将测量
数据填入表格中，断开开关S
U(V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
I(A)
U(V)
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
3.8
I(A)
4.拆除电路，整理仪器
知识点2 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．(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个
坐标纸为宜)
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
4
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知识点3 误差分析与注意事项
注意事项
1.电路的连接方式：(1)电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，
与0～0.6 A 的电流表串联时，电流表的分压影响很大；(2)滑动变阻器应采用分压式
连接：目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
2.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，使开关
闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端
电压过大而烧坏灯丝
3.IU 图线在U0＝1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V 左右绘点要密，以防出
现较大误差
4.当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I 后马上断开开关
5.误差较大的点要舍去，IU 图线应是平滑曲线而非折线
误差分析
1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差
2.电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数
3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差
考向1 实验原理与操作
例1 （2024·福建·模拟预测）实验小组的同学在实验室利用伏安法测量小灯泡的功率，实验室提供的器
材如下：
小灯泡（额定电压2.5 V）
直流电源（电动势3.0 V，内阻不计）
电流表A（量程0~600 mA，内阻约
）
电压表V（量程0~3 V，内阻约
）
滑动变阻器
（最大阻值为
，额定电流1 A）
滑动变阻器
（最大阻值为
，额定电流300 mA）
（1）在该实验中，滑动变阻器应选择 （填“
”或“
”）。
（2）根据电路图，将图甲中的实验仪器连成完整的实验电路 。
5
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（3）实验小组的同学在实验中测出的6 组数据如表，某同学根据表格中的数据在方格纸上已画出了5 个数
据的对应点，请你画出第4 组数据的对应点，并作出该小灯泡的伏安特性曲线 。
U（V）
I（A）
1
0
0
2
0.5
0.17
3
1.0
0.30
4
1.5
0.39
5
2.0
0.45
6
2.5
0.49
乙
（4）根据
图线，可确定小灯泡的额定功率为 （保留两位有效数字）。根据图丙可知当小灯泡
的电压为
时，功率为
，当电压为
时（小于额定电压），实际功率 （填“大于”“等于”
或“小于”）
。
6
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【答案】
1.2
小于
【详解】（1）[1]测量小灯泡的伏安特性曲线时，由于小灯泡的电阻比较小，故电流表应选用外接法，滑
动变阻器应选用分压接法，为使电压表示数变化明显，则滑动变阻器应选择最大阻值较小的，即滑动变阻
器
。
（2）[2]电压表并联在灯泡两端，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，如图甲所示。
（3）[3]先用题表乙中数据在题图丙中描点，再使用平滑的曲线连接，如图乙所示。
（4）[4]小灯泡的额定功率
[5]由图乙可知，随着电压的升高，小灯泡电阻增大，由
7
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可知，电压变为原来的2 倍，功率小于原来的4 倍。
【变式训练1】（2023·福建福州·一模）某小组通过实验测绘一个标有“5.0V 7.5W”某元件的伏安特性曲
线，电路图如图甲所示，备有下列器材：
A．电池组（电动势为6.0V，内阻约为1Ω）
B．电压表（量程为0〜3V，内阻RV=3kΩ）
C．电流表（量程为0〜1.5A，内阻约为0.5Ω）
D．滑动变阻器R （最大阻值10Ω，额定电流1A）
E．定值电阻R1（电阻值为3kΩ）
F．定值电阻R2（电阻值为1.5kΩ）
G．开关和导线若干
（1）实验中所用定值电阻应选 （填“E”或“F”）；
（2）根据图甲电路图，用笔画线代替导线将图乙中的实物电路连接完整 ；
（3）某次实验时，电压表示数指针位置如图丙所示，则电压表读数是 V；元件两端电压是 V；
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（4）通过实验数据描绘出元件的伏安特性曲线如图丁所示，若把该元件与电动势为4.5V，内阻为1.5Ω 的
电源相连接，则此时该元件的电阻值约为 Ω。（计算结果保留2 位有效数字）
【答案】 E
2.20 4.40 2.1
【详解】（1）[1]电源电动势6V，电压表量程为3V，内阻为3kΩ，则可将电压表扩大量程，串联一个大
小同样为3kΩ 分压电阻后，量程扩大2 倍到6V，则定值电阻应该选择E。
（2）[2]实物电路连接如图
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（3）[3]某次实验时，电压表示数指针位置如图丙所示，则电压表读数是2.20V。
[4]元件两端电压是电压表示数的两倍即为4.40V。
（4）[5] 若把该元件与电动势为4.5V，内阻为1.5Ω 的电源相连接，设通过干路的电流为I，根据闭合电路
欧姆定律应有
E=U+Ir
变形为
U=4.5-1.5I
在表示小灯泡的伏安特性曲线图像中同时作出表示电源的U-I 图像，如图所示，读出两图线的交点坐标为
U=2.60V
I=1.23A
所以元件的电阻为
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思维建模
仪器选择的一般顺序是先易后难．首先确定出必须使用而又不必选择的仪器，然后以其为突破口，根
据电路要求和电路计算，选择出电源、滑动变阻器、电流表、电压表以及合理的量程．待测电阻的额定电
流、额定电压(估算值)是选择合适量程的电流表和电压表的重要依据．如滑动变阻器的选择，既要考虑它
的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作
中是否调节方便的影响，一般来说如果是限流法选定比待测电阻大几倍的滑动变阻器，如果是分压法选定
阻值小的滑动变阻器．
【变式训练2】甲实验小组要探究一个规格为5.0 V、0.20 W的小灯泡的伏安特性曲线。有下列器材可供选
用：
A．电压表V1（量程0-6V，内阻值约1.5kΩ）
B．电压表V2（量程0−20 V，内阻20kΩ）
C．电流表A1（量程0-3A，内阻0.2Ω）
D．电流表A2（量程0−50 mA，内阻2.0Ω）
E.滑动变阻器R1（最大电阻约20Ω）
F.滑动变阻器R2（最大电阻约1kΩ）
G.电源（电动势6V，内阻不计），开关一个，导线若干
(1)要求小灯泡电压从零开始调节，为了调节方便，测量尽可能准确，电压表应选用 ，电流表应
选用 ，滑动变阻器应选用 （填器材前面序号）。
(2)根据所选器材和要求在虚线框中并画出实验电路图
(3)乙实验小组正按正确操作得到另外一个元件伏安特性曲线( I −U图象如图），如果将这个元件直接接到
电动势为3.0 V、内阻值为7.5Ω的电源两端，则该元件电阻值是 Ω（结果保留2 位有效数字）
【答案】(1) A D E
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(2)
(3)15
【详解】（1）[1] 灯泡额定电压为5.0 V，因此电压表应选择6 V量程的电压表，故选A；
[2]灯泡的额定电流
I = P
U = 0.2
5 = 40 mA
故电流表只能选择D；
[3]本实验中采用滑动变阻器分压接法，所以滑动变阻器应选择总阻值较小的E。
（2）本实验中电流从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法；同时因灯泡内阻较小，故电流表采用外
接法：故原理图如图所示
（3）在灯泡的伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线，如图所示
两图的交点表示灯泡的工作点，则由图可知，灯泡电压为1.98 V，电流为0.13 A，故电阻
R = U
I = 1.98
0.13 =15Ω
考向2 数据处理与误差分析
例2 （2024·福建三明·模拟预测）LED 灯具有亮度高，使用寿命长、节能等优点。一实验小组探究某LED
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灯的伏安特性，其电路设计如图甲所示（虚线框内待确定），提供的器材有：
A．LED 灯（额定电压为3.0V，额定功率为0.6W）
B．电池组（电动势约为4.5V，内阻约为1Ω）
C．电压表V（量程为3V，内阻约为1kΩ）
D．电流表A（量程为50mA，内阻
）
E.定值电阻
（阻值
）
E.定值电阻
（阻值
）
G.滑动变阻器
（最大阻值为10Ω，额定电流为2A）
H.滑动变阻器
（最大阻值为1kΩ，额定电流为20mA）
G.开关和导线若干。
(1)为了便于调节且能够在0~3V 的范围内对LED 灯的电压进行测量，滑动变阻器选 （选填“
”或
“
”）；
(2)因提供的电流表量程太小需扩大量程，则应选用定值电阻 （选填“
”或“
”）进行改装；
(3)各元件均无故障，但闭合开关后，无论如何调节滑动变动器，两电流表的示数总是调不到零，其可能的
原因是 （选填“a、b”或“c、d”）之间断路；
(4)将改装后的电流表分别接入图甲中位置P 和Q，并测出两个位置时的多组数据，描绘出4I—U 图像如图
乙所示，则曲线 （选填“1”或“2”）对应的是接在位置P 描绘的图像；若实验中考虑电表内阻的影
响，为消除系统误差，改装后的电流表应接在位置 （选填“P”或“Q”），并经修正后重新绘制图像；
(5)某同学描绘出4I—U 图像为图乙中的曲线1，并将此LED 灯接在一个电动势
，内阻
电
源上，如图丙所示，则LED 灯的实际功率约为 W（结果保留2 位有效数字）。
【答案】(1)
13
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(2)
(3)a、b
(4) 2 P
(5)0.10（0.096~0.11）
【详解】（1）电压在0~3V 的范围内，滑动变阻器采用分压式，为了确保测量数据的连续性，滑动变阻器
采用总阻值小一些的，即滑动变阻器选
。
（2）LED 灯的额定电流为
可知，需要将电流表量程改装为0.2A，则并联电阻为
可知，应选用定值电阻
。
（3）根据图甲可知，闭合开关后，无论如何调节滑动变动器，两电流表的示数总是调不到零，其可能的
原因是a、b 之间断路。
（4）[1]结合上述可知，电流表示数为I，则改装表通过的电流为4I，4I—U 图像中图像上的点与坐标原点
连线的斜率表示电阻的倒数，根据图乙可知，在相等电压之下，图像1 对应的斜率大于图像2 对应的斜率，
即在相等电压之下，图像1 对应状态的电阻小于图像2 对应状态的电阻，根据图甲可知，改装表置于P 时，
所测电阻为LED 灯与改装表的串联电阻，改装表置于Q 时，所测电阻为LED 灯与电压表的并联电阻，即
改装表置于P 时，所测电阻大一些，可知，曲线2 对应的是接在位置P 描绘的图像。
[2]结合上述，改装表的内阻精确可知，则实验中若考虑电表内阻的影响，为消除系统误差，改装后的电流
表应接在位置P。
（5）在图乙中作出电源的干路电流与路端电压图像如图所示
可知，LED 的工作状态的坐标值约为2.35V，0.042A，则LED 灯的实际功率约为
【变式训练1】在描绘热敏电阻（TC）伏安特性曲线的实验中，某小组采用如图甲所示的器材和电路连接，
其中电源的电动势E=3.0V，内阻r=0.5Ω，R0是阻值为7.5Ω 的定值电阻，电压表V1、V2内阻未知。
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(1)为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，请在图甲中添加一根导线改进该实验。
(2)电路改进完成后，若要使电压表的读数增大，则滑动变阻器的滑片应该向 （填“左”或“右”）
端滑动。
(3)若两电压表V1、V2的读数分别为U1、U2，则热敏电阻的阻值RT= （用实验中测得数据的字母表
示），该测量值与真实值相比 （填正确答案标号）。
A．偏大 B．偏小 C．相等 D．不确定
(4)实验测得热敏电阻的伏安特性曲线如图乙所示，将该热敏电阻RT、定值电阻R0和电源构成简单闭合回
路，则此时热敏电阻的实际电功率为 W（结果保留两位有效数字）。
【答案】(1)
(2)左
(3)
D
(4)0.28/0.27
【详解】（1）为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，如图所示
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（2）电路改进完成后，若要使电压表的读数增大，由实物图可知，滑动变阻器的滑片应该向左端滑动。
（3）[1]若两电压表
、
的读数分别为
、
，由于
与
串联，则有
可得热敏电阻的阻值为
[2]由于电压表
、
的内阻大小关系未知，则
中电流的真实值与测量值的大小关系无法判断，则不能
确定
的测量值与真实值的大小关系。
故选D。
（4）[2]将该热敏电阻
、定值电阻
和电源构成简单闭合回路，设
两端电压为
，电流为
，根据
闭合电路欧姆定律可得
可得
在热敏电阻的伏安特性曲线中画出对应的图线，如图所示
由图中交点可知
，
，则热敏电阻的实际电功率为
思维建模
在描点时，一是不要忘了(0,0)这个点，二是连线时用平滑的曲线连接，使尽量多的点落在曲线上，
不在线上的点均匀分布在线的两侧，较远的点舍去，三是理解好曲线斜率的意义，如果是UI 图线，斜率
表示电阻，如果是IU 图线，斜率表示电阻的倒数．
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【变式训练2】某同学想通过测绘小灯泡的I −U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律.所用器材如
下：
待测小灯泡一只，额定电压为2.5V ，电阻约为几欧；
电压表一个，量程0∼3V ，内阻约为3kΩ；
电流表一个，量程0∼0.6 A，内阻约为0.1Ω；
滑动变阻器一个；
干电池两节；
开关一个，导线若干。
(1)请在图甲中补全实验的电路图 。
(2)图甲中开关S 闭合之前，应把滑动变阻器的滑片置于 （选填“A”或“B”）端。
(3)某次测量时电流表示数如图乙所示，该示数为 A。
(4)该同学通过实验作出小灯泡的I −U图像如图丙所示，则小灯泡正常工作时的电阻约为 Ω
（结果保留两位有效数字）。
(5)I −U图像弯曲的原因是 .
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【答案】(1)
(2)B
(3)0.23
(4)5.9/6.0
(5)随着电流（电压）增大，灯丝温度升高，电阻变大。
【详解】(1)为了测绘小灯泡的I −U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律，所以还应有电流表，由
于小灯泡电阻较小，所以电流表应外接，故电路图如答图所示。
(2)
开关S 闭合之前，滑动变阻器的滑片应置于B 处，使在刚好闭合S 时，测量电
路部分处于短路状态电流表和电压表的示数均为零，起保护作用。
(3)电流表量程为0.6 A，由题图乙可知电流表读数为0.23 A。
(4)由于小灯泡的额定电压为2.5V ，由图题图丙知，电流为0.42 A，由欧姆定律得
R = U
I =6.0Ω (5)随着电流（电压）增大，灯丝温度升高，电阻变大。
考点二 创新实验方案
知识点 创新实验方案
1．创新点分析
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．
2．命题视角
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视角1 以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系
视角2 图象法处理数据及实物连线
视角3 实验仪器的选择及控制电路的选择
视角4 数据处理方式的改进
采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理．
考向 创新实验新考法
例1 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。该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图
乙的I — U图像。
(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)已知电压表V 的量程为0∼1.5 V，内阻为21kΩ，若要将该电压表改装成量程为0∼4 V的电压表，该
电表需串联一个 kΩ的电阻。
(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
1kΩ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)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Rs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E =3 V，
内阻r =500Ω，可得电池板消耗的功率 mW（保留三位有效数字）。
【答案】(1)a
(2)35
(3)64.3 %
(4)2.58 mW
【详解】（1）根据特性曲线可知，电流需要从零开始，因此滑动变阻器采用分压式接法，可知，实验电
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路应选用图甲中的图a。
（2）将小量程电压表改装成大量程电压表，需要串联一个分压电阻，则有
1.5 V
21kΩ =
4 V
21kΩ+ Rx
代入得
Rx =35kΩ
（3）由图丙，图像与纵轴交点为电动势，即2.80 V。若把它与阻值为1kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，
作出电阻的伏安特性曲线，如图所示
图像交点为工作点，即电阻两端电压为1.80 V。该电池板的效率是
η= UI
EI = 1.80
2.80 ×100 % =64.3 %
（4）设Rs两端的电压为U，电流为I 1，由闭合电路欧姆定律可得
U = E−I 1r
则有
U =3−500 I 1
作出电源的图像U — I，如图所示
可得，电池板消耗的功率约为
P =1×2.58 mW=2.58 mW
【变式训练】某实验小组通过实验描绘小灯泡的伏安特性曲线，并研究灯丝的导电特点。
20
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(1)实验中用电流传感器代替电流表，请将图甲的电路图补充完整 。
(2)滑动变阻器有两种规格，本实验应选 （填标号）。
A．最大阻值5Ω
B．最大阻值1000Ω
(3)某次测得的电流I =1.6 A，电压U =1.2V，此状态下小灯泡电阻的测量值R1= ，测量值比真实
值偏 （填“大”或“小”）。
(4)描绘出小灯泡的U −I曲线如图乙所示，可以得出灯丝材料的电阻率随温度的升高而变 （填
“大”或“小”）。
(5)若小灯泡与R=1.5Ω 的定值电阻并联，连接在E=3.0V、r=1.5Ω 的电源正负极间，如图丙所示。小灯泡的
电流为 ，实际消耗的功率为 。
【答案】(1)
(2)A
(3) 0.75 小
(4)大
(5) 1.2 0.72
【详解】（1）研究小灯泡的伏安特性曲线，需要电压从零开始变化，则滑动变阻器采用分压式，完整的
电路图如图所示
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（2）滑动变阻器采用分压式接法，这就需要滑动变阻器选择小阻值的，故选A。
（3）[1]电流I =1.6 A，电压U =1.2V，则灯泡电阻为
R = U
I =0.75Ω
[2]因电流表采用的是外接法，电压表分流导致电流的测量偏大，故电阻的测量值偏小。
（4）由小灯泡的U −I曲线上每点与坐标原点的连线构成的割线斜率代表瞬时电阻，故随着电压的增大，
灯泡的功率增大，温度升高，电阻率增大，导致电阻增大。
（5）设流过灯泡的电流为I，灯泡两端的电压为U，由闭合电路欧姆定律可得
E =( I + U
R )r +U
变形可得
U =
R
R+r E−Rr
R+r ⋅I =1.5−0.75 I
即看成等效电源的电动势为E
′ =1.5 V，等效内阻为r =0.75Ω，作出等效电源的图像如图所示
读两条线的交点即为工作点，则小灯泡的电流和电压为
I ≈1.2A，U ≈0.6 V
则小灯泡实际消耗的功率约为
P =UI ≈0.72W
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（2023·全国甲卷·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
【详解】（1）[1] 灯泡的额定电流为
灯泡正常发光时的电阻为
图(a)中电流表外接，则电压表读数为6V 时，电压表和灯泡并联，两者阻值为
则小灯泡正常发光时，流过小灯泡的电流非常接近电流表示数，电流表的读数略大于500mA；
图(b)中电流表内接，则电压表读数为6V 时，电流表读数小于500mA。电流表读数为500mA 时，对应的电
压表读数为
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故根据图(c)的数据可得，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
根据图(c)曲线可得，电流分别为200mA、300mA、500mA 时，U 灯为1.0V、2.0V、6.0V，可知对应的电压
应为1.3V、2.45V、6.75V，描点连线有
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