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教师用书（教科版）

本讲义聚焦“描绘小灯泡I-U特性曲线”核心实验，系统梳理滑动变阻器分压式接法、电流表外接法等关键技能，从欧姆定律线性关系切入，分析实际电路非线性现象，结合误差分析与注意事项，构建完整实验探究学习支架。 该资料通过原型实验与拓展创新实验设计，强化科学探究能力（如器材选择、电路连接）和科学思维（数据处理、图像分析），例题与针对练结合，课中辅助教师高效教学，课后助力学生巩固实验操作与误差分析要点，弥补知识盲点。

5．实验：描绘I-U特性曲线 【素养目标】　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。 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。 学生用书↓第90页 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。 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) (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)。 (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。 (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 。 答案：(1)M　C　(2)见解析图　(3)A　小灯泡断路 解析：(1)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。 (2)根据实验原理图画出实物图，如图所示。 (3)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。 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 学生用书↓第91页 (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) (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。 (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) (4)小灯泡的I-U图线是曲线而不是过原点的直线，原因是 。 答案：(1)A　D　E　(2)见解析图　(3)5.3　(4)灯丝的电阻会随温度的升高而增大 解析：(1)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)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。 (4)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。 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) (2)请在虚线框内画出实验电路图(要求电压从零开始变化)。 (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。 答案：(1)C　D　G　(2)见解析图　(3)1.80　0.33 解析：(1)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)灯泡的电阻约为R＝＝ Ω＝6 Ω，由于＝>＝，可知电流表应采用外接法；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)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。 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 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)； (2)根据表中数据，判断元件R0是由 材料制成的； 学生用书↓第92页 (3)请在方框中画出实验电路图。 答案：(1)C　E　(2)半导体　(3)见解析图 解析：(1)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。 (2)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。 (3)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。 (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。 (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。 I1/mA 32 55 85 125 144 173 I2/mA 171 229 299 379 424 470 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)。 (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)。 答案：(1)见解析图　(2)I1(Rg1＋R0)　I2－I1　180　(3)11.6　(4)8.0 解析：(1)实物连线如图所示。 (2)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。 (3)灯丝的电阻R＝＝ 当I1＝173 mA时，I2＝470 mA 解得R≈11.6 Ω。 (4)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。 学科网（北京）股份有限公司 $