2.5 实验：描绘I－U特性曲线 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件聚焦“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，涵盖实验原理、器材选择、步骤优化、数据分析及误差分析，以问题式预习引导实验思路，衔接伏安法设计与非线性曲线分析，通过详细步骤、数据表格及图像示例搭建学习支架，帮助学生构建电路与电阻的物理观念。 其亮点在于任务型课堂设计，原型实验结合导电水泥测电阻的创新应用（如车辆超载监测），培养科学探究能力，数据分析中平滑曲线连接与偏差点处理渗透科学思维，误差分析与分压式接法等注意事项强化严谨科学态度。教师可直接用其完整环节备课，学生通过实践操作提升探究与思维能力，激发学习兴趣。

复习任务群一 现代文阅读Ⅰ 把握共性之“新”　打通应考之“脉” 第1课时 反应热 焓变（基础课） 第二章　电路及其应用 5　实验：描绘I－U 特性曲线 5　实验：描绘I－U特性曲线 1 学习任务目标 1.会根据伏安法设计实验电路。(科学探究) 2．会描绘小灯泡的I－U特性图线并进行分析。(科学思维) 5　实验：描绘I－U特性曲线 2 问题式预习 测量多组某电学元件两端的电压U及通过它的电流I的值，把这些数值记录在以电压U为横轴、以电流I为纵轴的坐标系上，并把这些数据点连接成一条线，即为该元件的I-U特性曲线，这是研究元件电学特性的一种重要方法。 5　实验：描绘I－U特性曲线 3 1．通过实验描绘I-U曲线 用______测出流过小灯泡的电流，用______测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值，在I-U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。 电流表 电压表 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 2．I－U曲线的特征 随着电流的增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，灯丝电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值，电流与电压成正比在此时并不适用。由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(I-U图线)并不是一条直线，如图所示。 在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点电阻的倒数，斜率越小，电阻越大。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 设计如图所示的实物连线图，请根据实验需要列出该实验所需实验器材。 提示：干电池、滑动变阻器、小灯泡、电流表、电压表、开关以及导线若干。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 任务型课堂 1．图甲为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为3 V。 5　实验：描绘I－U特性曲线 7 (1)在方框图中画出与实物电路相应的电路图。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (2)完成下列实验步骤 ①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，滑片应停留在滑动变阻器________________(选填“左”或“右”)端。 ②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组示数，直至电压达到额定电压。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 ③断开开关，整理好实验器材。根据下表的实验数据在图乙中作出小灯泡的伏安特性曲线。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 灯泡 发光 情况 不亮　　微亮　　逐渐变亮　　正常发光 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (3)数据分析 ①从图线的规律可以得出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是______________________________________________。 ②可以得出结论：导体的电阻随温度升高而__________________。 ③小灯泡正常工作时的电阻约为________________(结果保留三位有效数字)。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 解析：(1)由实物电路图知滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法。电路图如图甲所示。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (2)①为保护电路安全，开关闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于左端。 ③根据表格中的数据，画出小灯泡的I-U图线如图乙所示。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 答案：(1)见解析图甲　(2)①左　③见解析图乙 (3)①先不变，后逐渐增大　②增大　③14.6 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 2．以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤： A. 闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据； B. 将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路，电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图所示； 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 C. 调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端； D. 按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线。 (1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是____________(选填字母)，应如何改正？ __________________________________________________________________________________________________________。 (2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：________________。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 解析：错误或不妥的步骤是ACD。A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I－U图线。C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端。D步骤：应将各点用平滑的曲线连接。 答案：(1)见解析　(2)BCAD 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 思考 ①在实验过程中，实物连线的顺序如何？ ②滑动变阻器采用哪种连接方式？ 提示：①实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测小灯泡、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 ②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。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 3．某同学为研究小灯泡的电阻特性，实验室提供了以下的器材： 两节新的干电池； 小灯泡L(3.8 V　0.5 A)； 电流表A1(量程0～600 mA，内阻约0.5 Ω)； 电流表A2(量程0～1.5 A，内阻约0.5 Ω)； 电压表V(量程0～5 V，内阻约5 kΩ)； 滑动变阻器R1(最大阻值约为500 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值约为10 Ω)； 开关S、导线若干。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (1)电流表应选用________________(选填“A1”或“A2”)，实验要求电压表示数从零调起，滑动变阻器选用________________(选填“R1”或“R2”)。 (2)根据选用的器材连接电路，实验电路已连接了一部分，请用笔画线将图甲电路连接完整。实验电路连接好后，经检查各部分接触良好，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到最________________(选填“左”或“右”)端，闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表和电流表示数不能调到零，则________________(在“a、b、c、d、e、f、g、h”中选两个)两个接线柱间的导线发生了断路。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 解析：(1)虽然两个电流表的量程均大于小灯泡的额定电流，但为了使读数更加准确，应选择同样电流下指针偏转较大的A1。 实验要求电压表示数从零调起，则滑动变阻器应采用分压式接法，为了能够便于控制分压，应选择最大阻值较小的R2。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 开关闭合前，应使分压电路部分的电压为零，则滑动变阻器的滑片应移到最右端。 闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表和电流表示数不能调到零，说明此时滑动变阻器为限流式接法，即g、h两个接线柱间发生了断路。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 答案：(1)A1　R2　(2)见解析图　右　g、h　(3)增大　C 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 思考： ①本实验中被测小灯泡的电阻值较小，因此实验中电流表一般采用什么接法？ ②闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应移到什么位置？ 提示：①外接法。 ②闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应移到使小灯泡分得电压为零的一端。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 4．(2025·湖南卷)车辆运输中若存在超载现象，将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥可以用于监测车辆超载问题，某小组对此进行了探究。 (1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品，用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1 k”挡，正确操作后，指针位置如图甲所示，则读数为________________ Ω。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (2)为进一步提高实验精度，使用伏安法测量水泥块电阻，电源E的电动势为 6 V，内阻可忽略；电压表量程为0～6 V，内阻约10 kΩ；电流表量程为0～600 μA，内阻约100 Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法，在图乙中完成电路的连接。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (3)如图乙所示，测得水泥块的长为a，宽为b，高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R，则电阻率ρ＝________________(用R、a、b、c表示)。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (4)测得不同压力F下的电阻R，算出对应的电阻率ρ，作出ρ-F图像如图丙所示。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (5)基于以上结论，设计压力报警系统，电路如图丁所示。报警器在其两端电压大于或等于3 V时启动，R1为水泥块，R2为滑动变阻器，当R2的滑片处于某位置，R1上压力大于或等于F0时，报警器启动。报警器应并联在________________(选填“R1”或“R2”)两端。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 (6)若电源E使用时间过长，电动势变小，R1上压力大于或等于F1时，报警器启动，则F1_________(选填“大于”“小于”或“等于”)F0。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 2．误差分析 (1)系统误差：由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差。 (2)测量误差：测量时读数带来误差。 (3)作图误差：在坐标纸上描点、作图带来误差。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 3．注意事项 (1)因I－U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)闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡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灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 5　实验：描绘I－U特性曲线 $