“小灯泡伏安特性”中的功率问题一、实验题1.做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，，实验可供选择的器材如下:a.电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω）b.电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）c.电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）d.电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω）e.滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流1A）f.滑动变阻器R2（阻值0～5000Ω，额定电流500mA）g.直流电源的电动势为3.0V，内阻忽略不计h.开关k,导线若干①为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择，电压表应选择，滑动变阻器应选择（填写实验器材前的序号）②请设计合理的电路来完成该实验，把电路图画在方框里。

③实验中，当电压表的示数为U 时，电流表的示数为I，则小电珠电阻的真实值U（填“大于”“等于＂或“小于＂）。

I④通过实验得到多组数据，做出小电珠的伏安特性曲线，如图所示。

如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率为W 。

（结果保留两位小数）【答案】a c e 大于0.55（0.53—0.55）【解析】（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表应选c；由表中实验数据可知，最大电流为0.49A，电流表选a；为方便实验操作，滑动变阻器应选e；（2）描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由表中实验数据可知，灯泡最大电阻约为3.7Ω，电压表内阻约为2kΩ，灯泡电阻阻值远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示：（3）由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流经灯泡的电流偏大，故根据欧姆定律R =U测量电阻偏小，即计算得到的小电珠的电阻值IU小于真实值；则小电珠电阻的真实值大于。

I（4）将定值电阻与电源等效为内阻为2.0Ω，电动势为3.0V 的电源，由闭合电路欧姆定律得：U＝3.0﹣2.0I，将路端电压与电流的关系图象作入图象中，如图所示：由图可知，U＝1.28V，I＝0.43A，所以灯泡的实际功率为：P =UI = 0.55W2.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验室提供了如下器材：A．小灯泡(3V，1．8W)B.电压表(量程3V，内阻约为20kΩ)C.电流表(量程0.6A，内阻约为0．2Ω)D．滑动变阻器(0～10Ω，2A)E.电源(电动势3V，内阻不计)F.开关及导线若干，坐标纸实验中要求小灯泡上的电压从零开始测量尽可能准确，调节测量多组对应的U、I 值。

如图甲所示，一组同学已经完成导线的连接。

(1)如图甲连接好电路，不闭合电键，滑动变阻器滑动头在图示中间位置时电压表示数(填“为零”“不为零”)。

(2)在图甲中闭合电键滑动变阻器滑动头从右端滑到左端的过程中灯泡亮度变化情况是。

(3)指出图甲中该组同学连接错误的两条导线(填导线编号)。

(4)图乙中a 图线是改正后描出的灯泡U—I 图线，图乙中b 图线是另一个电源路端电压U 与电源电流I 的图线。

如果将这样的一个灯泡与该电源连成闭合电路，该灯泡消耗电功率为W；如果将这样的两个灯泡串联接在该电源上，则每个灯泡消耗电功率为W。

(结果均保留两位小数)【答案】不为零先变暗再变亮5、6 1.04 0.44【解析】（1）由实物电路图可知，开关不能控制分压电路的闭合和断开，比如闭合电建，滑动变阻器滑动头在图示中间位置时电压表示数不为零。

（2）由实物电路图可知，闭合电键滑动变阻器滑动头从右端滑到左端的过程滑动变阻器接入电路的阻值增大，流过灯泡的电流减小，灯泡的实际功率变小，灯泡变暗，当滑片到达左端时，滑动变阻器接入电路的阻值为零，灯泡两端电压增大，灯泡实际功率增大，灯泡变亮，（3）描绘灯泡伏安特性曲线实验滑动变阻器应采用分压接法，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，所以连线5、6 接法错误；（4）由图乙所示数据可知，灯泡两端电压为2.1V，流过灯泡的电流为0.5A，灯泡实际功率为：P =UI = 2.1⨯ 0.5 = 1.05W （1.03V-1.06V）由图乙所示图线可知电源电动势为E= 3.0V ，电源内阻为：r =∆U∆l =3.0 - 2.1=1.80Ω0.5 当两灯泡串联，设每个灯泡两端的电压为U，流过每一个灯泡的电流为I 则U =E-rI = 1.5 - 0.9I ，在灯泡U-I 图象坐标系内阻2 2作出U = 1.5 - 0.9I 如图所示：由图可知此时灯泡两端电压为1.2V，通过灯泡的电流为0.37A，则灯泡的功率为P =UI = 0.37 ⨯1.2 = 0.44W故本题答案是：(1). 不为零(2). 先变暗再变亮(3). 5、6 (4). 1.04 (5). 0.44 3．硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。

某同学用图（a）所示的电路研究硅光电池的伏安特性曲线。

图中R0 为已知定值电阻，两个电压表均视为理想电压表。

（1）请根据图（a）所示的电路图，用笔画线代替导线将图（b）中的的实物图补充完整。

（2）实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量和计算得到该电池的U-I 曲线，如图（c）中的甲线。

由此可知电池的内阻随电流的增大而（选填“增大”、“减小”或“不变”），短路电流为μA，电动势为V。

（计算结果保留两位有效数字）（3）实验二：减小光的强度，重复实验，得到的U-I 曲线如图（c）中的乙线所示。

当滑动变阻器的电阻为某一值时，实验一中的V1表的示数为1.5V，保持该阻值不变，在实验二中外电路消耗的电功率为mW（计算结果保留两位有效数字）。

【答案】（1）如图；（2）增大295 2.60 （3）0.14【解析】（1）按电流流向法，从电源的正极出发，依次串联开关、滑动变阻器、电阻R 0 回到负极，最后把电压表V2 并联在R0 两端，V1 并联在滑动变阻器和R0 两端即可；要注意电流从电压表的正接线柱流入负接线柱流出，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中．如下图所示：（2）电池的U-I 曲线的斜率表示内阻的大小，图线斜率的=295μA，I=0，绝对值在增大，所以内阻增大．当U=0，I=I短E=U=2.60V．（3）实验一中的路端电压为U1=1.5V 时电路中电流为I1=0.21mA，连接a 中点（0.21mA、1.5V）和坐标原点，此直线外电路电阻（此时电阻不变）的U-I 图，和图线b 的交点为实验二中的路端电压和电路电流．如图，电流和电压分别为I=140μA、U=1.0V，则外电路消耗功率为P=UI=0.14 mW．4.连续两年春节，太原市用112.6 万件LED 点亮了龙城.拆下一组LED，发现它由三个相同的LED 灯珠和一个定值电阻R0串联而成（图甲中虚线框内部分），供电电压为12V，由理论分析可知，每个小灯珠的工作电压应在3V~4V 之间。

为研究LED 灯珠的伏安特性并测量R0 的值，小亮同学设计了图甲的电路进行实验。

图中电源电压恒为12V，电压表的量程为2V、内阻为4.0kΩ；电流表量程为30mA、内阻很小可忽略。

完成下列操作中的要求或填空：(1)为使电路能正常工作，a端应接电源的（选填“正极”或“负极”）；(2)为完成实验并准确测量，定值电阻R x 应该选择的是；A.l.0kΩB.4.0kΩ C．8.0kΩ D.20.0kΩ(3)正确选择R x 后接通电源，将R 的滑动触头从M 端向N 端滑动，记录多组电压表的示数U 和电流表的示数I，并在图乙中绘出了灯珠D 的图线.其中，当R 的滑动触头移动到N 端时，电压表的示数为1.80V、电流表的示数为25.0mA.不考虑电压表和电流表对电路的影响，则R0 的值为Ω；(4)灯珠D 在通过某一电流时的实际功率（选填“大于”、“小于”或“等于”）由图乙得到的测量值；(5)若将这一组LED 灯珠直接接到电动势为12V、内电阻为152.0Ω的叠层电池两端，一组LED 中三个灯珠的总功率为mW.（计算结果保留2 位有效数字）【答案】负极B 48 (48.0) 大于1.3×102(1.2×102~1.4×102)【解析】(1)灯珠正常发光要正向偏压，由图示电路图可知，使电路能正常工作，a 端应接电源的负极.(2)由图示电路图可知，三个电珠串联，电源电压为12V，每个电珠两端最大电压约为4V，改装后的电压表量程应为4V，因此串联电阻内阻应与电压表内阻相等，故选B；(3)电压表示数为1.8V，则小电珠两端电压为:1.8×2=3.6V，由图示电路图可知，定值电阻阻值: R=U - 3U D =12 - 3.6 ⨯ 3 Ω= 48Ω；总0 I 25.0 ⨯10-3(4)由图示电路图可知，由于电压表的分流作用，流过灯珠的电流小于电流表示数，即电流测量值偏小，由P=UI 可知，灯珠的实际功率大于测量值；(5)建立三个灯珠串联和电源构成的全电路欧姆定律：E =U ⨯ 2 ⨯ 3 +IR+Ir ，即U =E-(r +R)I = 2-100I ，在灯珠U-I 坐标系内过6 6 3(0mA, 2V) 和(30mA,1V)两个点作出电源的U-I 图线,如图所示：由图示图线可知，一个LED 灯珠的电压U=1.55V，电流I=14.2mA；而LED 灯组的总功率为P总=UI ⨯ 2 ⨯3 +I R ；2代入数据得：P = 1.52⨯ 6⨯14.0⨯10-3 + (14.0⨯10-3 )2 ⨯ 48 ≈ 137.09⨯10-3 W ≈ 1.4⨯102 mW .(1.2⨯102 ~1.4⨯102 ) .5.在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5V。

如图甲所示为已连接好的实物图。

(1)请根据实物图，在方框内画出对应的电路图。

(2)图乙是根据测量的数据，在坐标纸中作出的小灯泡的伏安特性曲线，由图线可知，当小灯泡在额定电压下工作时，其功率是W.(保留两位有效数字)(3)由乙图可知在实验中小灯泡的电阻率随着电压的增大而(增大、减小、不变)。

(4)将该小灯泡与电动势为9.0V、内阻为22.5Ω的直流电源及一个滑动变阻器串联成闭合回路，当滑动变阻器连入电路的阻值为Ω时，电源的输出功率最大。

【答案】1.2 W 增大20 Ω【解析】(1)根据题图甲可知，该电路采用滑动变阻器分压接法，同时电流表采用了外接法，故电路图如图所示。

(2)由题图乙可知，当电压为2.5 V 时，电流为0.48 A；功率P＝IU＝1.2 W。

(3)图像的斜率变小则电阻变大，故电阻率增大。

(4)要使直流电源的输出功率最大，应使内、外电阻相等，则可知，外电阻应为22.5 Ω，此时电路中电流为：I =E2r= 0.2⋅ A ，由题图乙可知，对应电压U＝0.5 V，则小灯泡电阻为：R =0.5Ω= 2.5⋅Ω；滑动变阻器阻值为：R＝(22.5－2.5)Ω＝20 Ω。