第2章 5 实验：描绘I U特性曲线-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第三册教科版（教师用书）

5．实验：描绘I­U特性曲线 [学业要求与核心素养] 1．了解实验原理，并会选择测量仪器。 2．会分析选择测量电路。 3．会处理实验数据。 1．实验原理 用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在I­U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，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图所示。 2．实验器材 学生电源(4～6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V　0.7 A”或“3.8 V　0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。 3．实验步骤 (1)根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按上图所示的电路图连接好实物图。(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零) (2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I。 (3)用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 电压U/V 电流I/A (4)断开开关，整理好器材。 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)在坐标纸中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，就得到小灯泡的伏安特性曲线。 5．实验结果与数据分析 (1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线。 (2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化。曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大。 6．注意事项 (1)因I­U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法。 (2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法。 (3)画I­U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去。 题型一　实验原理及器材的选取 　有一个小灯泡上标有“4 V　0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I­U图线。现有下列器材供选用： A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ) B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ) C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω) D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω) E．滑动变阻器(最大阻值500 Ω) F．滑动变阻器(最大阻值5 Ω) G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干 (1)实验时，选用____________(填“图甲”或“图乙”)的电路图来完成实验。 (2)实验中所用电压表应选____________，电流表应选用____________，滑动变阻器应选用____________。(填序号) (3)把图丙中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。 [解析]　描绘小灯泡伏安特性曲线，需要电压从零开始变化，故采用分压式接法。 小灯泡额定电压为4 V，电源电动势为6 V，故应选择5 V量程电压表，小灯泡额定电流为0.5 A，故应选择0.6 A量程的电流表，滑动变阻器采用分压式接法，应选择小阻值。 [答案]　(1)图甲　(2)A　D　F (3) 题型二　实验数据处理 　(2023·长沙高二检测)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的规格为“3.0 V　0.5 A”，实验电路如图所示。现备有下列器材： A．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω) B．电压表V(量程0～3 V，内阻约3 kΩ) C．滑动变阻器R1(0～5 Ω，3.0 A) D．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1.25 A) E．电源(电动势为3.0 V) F．开关S和若干导线 (1)为了调节方便，滑动变阻器应选用____________；(请填写选项前对应的字母) (2)请根据实验原理图，用笔画线代替导线，将实物图中的器材连接成完整的实验电路；(不要改动已连接的导线) (3)测得通过小灯泡的电流与加在它两端的电压数据，如下表所示。 组数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00 I/A 0 0.09 0.21 0.34 0.40 0.46 0.50 根据上表中实验数据，在坐标图上作出该灯泡的I­U图线； (4)由图线发现在电流I增大过程中，小灯泡电阻____________。(选填“减小”“不变”或“增大”) [解析]　(1)根据实验电路图可知，滑动变阻器采用的是分压式接法，为了方便实验操作，使得当滑动变阻器滑片滑动时小灯泡两端的电压比较稳定变化，应选择阻值较小的R1，即选C； (2)根据电路图，实物连接如图所示