5.实验：描绘I U特性曲线-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（教科版）

该高中物理课件聚焦“描绘小灯泡I-U特性曲线”实验，系统涵盖实验原理、电路设计、数据处理等核心内容，通过衔接欧姆定律线性关系与实际非线性特性，搭建从理论到实践的学习支架，帮助学生构建完整知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，通过实验步骤规范、误差分析及拓展创新实验，培养学生科学思维与证据意识，如器材选择例题中结合电阻计算与电路设计，提升模型建构能力。学生能深化物理观念，教师可依托系统实例高效开展教学。

5．实验：描绘I-U特性曲线 　　　　 第二章　电路及其应用 1.掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法。 2.能正确根据需要选择电表或量程。 3.会根据实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线并进行相关计算。 素养目标 探究过程 梳理要点 1 合作交流 应用拓展 2 课时测评 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 1 探究过程 梳理要点 返回 一、实验目的 　描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析其规律。 二、实验原理 1．根据欧姆定律，在纯电阻电路中，通过电阻的电流和电阻两端的电压成线性关系，即I-U图线是一条过原点的直线。但是在实际电路中由于各种因素的影响，I-U图线可能不是直线。用伏安法分别测出小灯泡两端的电压及通过的电流便可绘出I-U图线。 2．实验电路 (1)由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。 (2)小灯泡两端的电压需要从零开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图所示。 三、实验器材 小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。 四、实验步骤与数据处理 1．选择合适的仪器按实验电路图连接好电路。 2．将滑动变阻器的滑片P置于A端，使小灯泡L两端的电压为零，检查电路无误后，闭合开关S。 3．将滑片P逐渐向B端移动，让电压表每次读数的变化量相等，直到达到小灯泡的额定电压。读出若干组电压表的示数U及相应的电流表的示数I，记录在下面的表格中。 U/V                     I/A                     4.断开开关。拆除电路，整理器材。 5．如图所示，在坐标纸上建立平面直角坐标系。以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U，根据实验得到的数据在坐标系上描点，并用平滑曲线连接起来，便得到小灯泡的I-U特性曲线。 4．实验结果与数据分析 (1)结果：描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线，而是曲线。 (2)分析：曲线的斜率变小，即电阻变大，说明小灯泡的电阻随温度升高而增大。 五、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，对电路的影响会带来误差。 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。 六、注意事项 1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。 2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。 3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至量程的 ～ 左右。 4．测绘I-U(U-I)图线时要注意三点：一是标度选取合理，即作出的图像既可以把表中的所有数据都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。 返回 合作交流 应用拓展 返回 一 教材原型实验 现要用伏安法描绘一只标值为“2.5 V　0.6 W”小灯泡的I-U图线，有下列器材供选用： A．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ；0～15 V，内阻约10 kΩ) B．电流表(0～0.6 A，内阻约0.5 Ω；0～3 A，内阻约0.1 Ω) C．滑动变阻器(10 Ω，2 A) D．滑动变阻器(100 Ω，1.0 A) E．蓄电池(6 V) 例1 (1)为了减小测量误差，图甲中的S1应接___(选填“M”或“N”)，滑动变阻器应选用___(用序号字母表示)。 由电路图可知，电路采用了滑动变阻器分压式接法，所以滑动变阻器采用总阻值较小的C；因灯泡电阻较小，故电流表采用外接法，则S1应 接M。 M C (2)根据选择的电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需要的电路。 根据实验原理图画出实物图，如图所示。 (3)开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于___(选填“A”“B”或“AB正中间”)端，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数变化明显，但电流表示数始终为0，则电路故障为___________。 为了保证实验安全，开始时灯泡两端的电压应为零，故滑动变阻器的滑片应在A端；由题意可知，电压表示数变化明显，说明电压表与电源相连，且滑动变阻器连接正常，而电流表没有示数说明电路是断开的，由电路图可知，只能是小灯泡发生了断路。 A 小灯泡断路 有一个小灯泡上标有“4 V　2 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的伏安特性曲线。现有下列器材供选用： A．电压表V1(0～5 V，内阻约10 kΩ) B．电压表V2(0～10 V，内阻约20 kΩ) C．电流表A1(0～0.3 A，内阻约1 Ω) D．电流表A2(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω) E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A) F．滑动变阻器R2(0～100 Ω，0.2 A) G．学生电源(直流6 V)、开关及导线 (1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表__，电流表__，滑动变阻器__。(填器材前方选项的符号) 例2 A D E 根据小灯泡标有“4 V　2 W”的字样，故电压表应选A；通过小灯泡的额定电流I＝ ＝0.5 A，故电流表应选D；本实验要求小灯泡电流从零开始调节，滑动变阻器应用分压式接法，为便于调节，应选最大阻值小的变阻器E。 (2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据；请在方框中完成实验电路图。 因小灯泡电阻远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，要求小灯泡电流从零开始调节，所以滑动变阻器应用分压式接法，电路如图所示。 (3)P为图中图线上的一点，PN为图线上P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，对应P点，小灯泡的电阻约为______ Ω。(结果保留2位有效数字) P点表示当小灯泡两端电压为2.4 V时，通过小灯泡的电流为0.45 A，此时小灯泡的电阻R＝ ≈5.3 Ω。 5.3 (4)小灯泡的I-U图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_______________ __________________。 小灯泡两端电压越大，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的热功率越大，温度越高，导致电阻率变大，小灯泡的电阻增大，I-U图像斜率变小。 灯丝的电阻会随 温度的升高而增大 针对练.(2025·四川巴中高二统考期末)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“3.0 V　1.5 W” B．电流表(量程3 A，内阻约为1 Ω) C．电流表(量程0.6 A，内阻约为5 Ω) D．电压表(量程3.0 V，内阻约为10 kΩ) E．电压表(量程15.0 V，内阻约为50 kΩ) F．滑动变阻器(最大阻值为100 Ω，额定电流50 mA) G．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，额定电流1.0 A) H．电源(电动势为4.0 V，内阻不计) I．电键及导线等 (1)为了使实验误差最小，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) C D G 由题意可得，小灯泡的额定电压为3.0 V，则流过小灯泡的最大电流为Imax＝ ＝ A＝0.5 A；为了减小误差，电流表选用量程为0.6 A的C，电压表选用量程为3.0 V的D，为了方便调节，滑动变阻器选用最大阻值较小的G。 (2)请在虚线框内画出实验电路图(要求电压从零开始变化)。 流表应采用外接法；电压需从零开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，实验电路图如图所示。 (3)某同学在一次测量时，电流表、电压表的示数如图所示。则电压表的读数为______ V，电流表读数为_____ A。 量程为3.0 V的电压表的分度值为0.1 V，则题图中电压表的读数为1.80 V；量程为0.6 A的电流表的分度值为0.02 A，则题图中电流表的读数为 0.33 A。 1.80 0.33 二　拓展创新实验 现有两个电阻元件，其中一个是由金属材料制成的，它的电阻随温度的升高而增大，而另一个是由某种半导体材料制成的，其电阻随温度的升高而减小。现对其中一个元件R0进行测量，实验中可供选择的仪器有： A．电压表V1(0～3 V，内阻约30 kΩ) B．电流表A1(0～0.6 A，内阻约1 Ω) C．电流表A2(0～30 mA，内阻约20 Ω) D．滑动变阻器R1(100 Ω，1 A) E．滑动变阻器R2(10 Ω，5 A) F．电池(3 V，内阻不计) G．开关、导线若干 例3 现测得通过其中一个电阻元件R0的电流与加在它两端的电压的数据如下表所示 I/mA 0 0.4 2.0 4.5 8.0 12.5 18.0 25.0 U/V 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 (1)实验中电流表应选择____；滑动变阻器应选择___(填字母序号)； 根据表中数据可知，实验中电流表应选择C；电阻元件两端的电压从0开始，可知滑动变阻器采用分压式接法，应选择阻值较小的E。 C E (2)根据表中数据，判断元件R0是由_________材料制成的； 随着电流增大，元件R0的发热功率越大，电压与电流的比值越小，即电阻值越小，所以元件R0是由半导体材料制成的。 半导体 I/mA 0 0.4 2.0 4.5 8.0 12.5 18.0 25.0 U/V 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 (3)请在方框中画出实验电路图。 由前面的分析可知滑动变阻器采用分压式接法， 同时待测电阻阻值较小，应采用电流表外接法， 故电路图如图所示。 针对练.某同学要研究一小灯泡L(3.6 V　0.30 A)的伏安特性。所用器材有：电流表A1(量程200 mA，内阻Rg1＝10.0 Ω)、电流表A2(量程500 mA，内阻Rg2＝1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0＝10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(4.5 V)、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图(a)所示。 (1)根据图(a)，在图(b)的实物图中用笔画线代替导线连接电路。 实物连线如图所示。 (2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U＝____________，流过小灯泡的电流I＝______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过______ mA。 根据串、并联知识可得小灯泡两端的电压U＝I1(Rg1＋R0)，流过小灯泡的电流I＝I2－I1，小灯泡 的额定电压U额＝3.6 V，由U额＝I1(Rg1＋R0)可得I1＝180 mA，即为了保证小灯泡的安全，I1不能超过180 mA。 I1(Rg1＋R0) I2－I1 180 (3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。 根据实验数据可得，当I1＝173 mA时，灯丝电阻R＝______ Ω(结果保留1位小数)。 I1/mA 32 55 85 125 144 173 I2/mA 171 229 299 379 424 470 11.6 灯丝的电阻R＝ ＝ 当I1＝173 mA时，I2＝470 mA 解得R≈11.6 Ω。 (4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于______ Ω(结果保留1位小数)。 小灯泡的额定电压U额＝3.6 V 由Ig1(Rg1＋R)≥U额可得R≥8.0 Ω。 8.0 返回 课 时 测 评 返回 1.为探究小灯泡L的伏安特性，连接好如图所示的电路后闭合开关，通过移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表的读数得到多组数据并描绘出U-I图线，则下列各图正确的是 √ 小灯泡的灯丝是金属电阻丝，其电阻是非线性的，会随温度的升高而 变大。 2 3 4 5 6 7 1 开始时电压较低，没有发光，灯丝的温度较低，其电阻变化不明显，所以U-I图像接近直线，但随着电压的不断增大，灯泡发光，温度变化很大，因而其电阻值变化也很大，所以其U-I图像的斜率逐渐变大，故选项C正确。 2 3 4 5 6 7 1 2．(6分)如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”的实验实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V。 (1)完成下列实验步骤： ①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________________________ __________； ②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________________________ _________________________________________________； 使它靠近滑动变阻器左端 的接线柱 增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压 2 3 4 5 6 7 1 滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱。闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压。 2 3 4 5 6 7 1 (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。 与实物电路相应的电路图如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 3．(9分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有： A．小灯泡：规格为“3.8 V　0.3 A” B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω C．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω D．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩ E．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A F．电池组：电动势6 V G．开关一只，导线若干 (1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V 且能方便地进行调节，因此电流表应选___。(填器材前的选项符号) B 2 3 4 5 6 7 1 因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B。 2 3 4 5 6 7 1 (2)根据你选用的实验器材，在虚线框中画出实验电路图，并将如图所示的器材连成实物电路。 由题知电流表外接且滑动变阻器采用分压式接法，画出电路图如图甲所示，由电路图连接的实物图如图乙所示。 2 3 4 5 6 7 1 4．(10分)一小灯泡，标有“3 V　0.6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻：电动势为12 V、内阻为1 Ω的电源，最大阻值为5 Ω的滑动变阻器，内阻为1 Ω的电流表，内阻为10 kΩ的电压表，开关一个，导线 若干。 (1)在设计电路过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用______(选填“内接”或“外接”)法。滑动变阻器应采用________(选填“分压式”或“限流式”)接法。 外接 分压式 因小灯泡正常工作时的电阻约为Rx＝ ＝15 Ω，而电流表、电压表的内阻分别为1 Ω和10 kΩ，满足RV≫Rx，电流表应采用外接法；因实验中小灯泡两端电压只需3 V，而电源电动势为12 V，且滑动变阻器最大阻值较小，所以滑动变阻器应采用分压式接法。 2 3 4 5 6 7 1 (2)在下面的虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差)。 实验电路图如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 5．(10分)某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，得到如下表所示的一组U-I数据： 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 2 3 4 5 6 7 1 (1)试在图上画出U-I图线。 在坐标系上描点，然后用平滑的曲线连接，如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 (2)由作出的U-I图像可知，当U＜1.40 V时，灯丝电压与电流成____比，灯丝电阻______(选填“变大”“变小”或“不变”)；当U＞1.40 V时，灯丝的温度逐渐升高，其电阻随温度升高而______(选填“变大”“变小”或“不变”)。 正 不变 变大 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 2 3 4 5 6 7 1 从图像得到，当U＜1.40 V时，灯泡电压与电流成正比，灯丝电阻不变；当U＞1.40 V时，图线斜率逐渐变大，故其电阻随温度的升高而变大。 2 3 4 5 6 7 1 6．(10分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验提供了小灯泡“2.5 V　0.5 A”、电流表、电压表以及滑动变阻器等实验器材： (1)图甲为实验中某同学连接好的实验电路图，在开关S闭合后，把滑片P从A向B端移动过程中会观察到电压表读数变____(选填“大”或“小”)。 大 2 3 4 5 6 7 1 由图示电路图可知，在开关S闭合之前，应把滑动变阻器的滑片P移到A端；实验中滑片P从A向B端移动过程中会观察到电压表读数变大。 2 3 4 5 6 7 1 (2)某同学由测出的数据画出I-U图像，如图乙所示，当小灯泡两端电压为1.6 V时，小灯泡的电阻值R＝___ Ω，此时小灯泡的实际功率P＝_____ W。 由题图乙可知，当U＝1.6 V时，对应的电流为I＝0.40 A，则小灯泡的电阻值为R＝ ＝ Ω＝4 Ω，灯泡的实际功率为P＝UI＝1.6×0.40 W＝0.64 W。 4 0.64 2 3 4 5 6 7 1 7．(10分)某同学用如图甲所示的电路，测绘标有“3.8 V　0.3 A”的小灯泡灯丝的电阻R随电压U变化的图像。 2 3 4 5 6 7 1 (1)除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择： 电流表：A1(量程100 mA，内阻约2 Ω) A2(量程0.6 A，内阻约0.3 Ω) 电压表：V1(量程5 V，内阻约5 kΩ) V2(量程15 V，内组约15 kΩ) 滑动变阻器：R1(阻值范围0～10 Ω) R2(阻值范围0～2 kΩ) 电源：E1(电动势为1.5 V，内阻约为0.2 Ω) E2(电动势为4 V，内阻约为0.04 Ω) 为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表____，电压表____，滑动变阻器____，电源____。(填器材符号) A2 V1 R1 E2 2 3 4 5 6 7 1 电源的电动势要略大于额定电压，故电源应选E2；小灯泡的额定电流为0.3 A，选用的电流表的量程应略大于0.3 A，故电流表应选A2；为减小读数误差，在电压表量程满足条件的前提下，应尽量选择小量程的电压表，故电压表应选V1；为了调节电压方便，应选择小阻值的滑动变阻器，故滑动变阻器应选R1。 2 3 4 5 6 7 1 (2)在图乙中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路。 根据实验原理图，将实物图连接，其实验电路如图所示。 2 3 4 5 6 7 1 (3)根据实验数据，计算并描绘出R-U的图像如图丙所示。由图像可知，此小灯泡在不工作时，灯丝电阻为____ Ω；当所加电压为3 V，灯丝电阻为______ Ω。 1.5 11.5 2 3 4 5 6 7 1 小灯泡不工作时的电阻，即其两端电压为0时的阻值，由给出的R-U图像可以看出，当小灯泡两端电压为0时所对应的阻值为1.5 Ω；由R-U图像可以看出，当小灯泡两端电压为3 V时，灯丝电阻为11.5 Ω。 返回 2 3 4 5 6 7 1 谢 谢 观 看 ！ 第二章　 　电路及其应用 2 3 4 5 6 7 1 $