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

physics 第二章 电路及其应用 掌握描绘小灯泡的I - U 特性曲线的原理和方法，会用图像法处理实验数据 知道I-U 特性曲线及其特点，知道线性元件与非线性元件的区别 02 01 重点 难点 导体的I-U特性曲线 01 图线斜率的物理意义是电阻的倒数 I U O B A 概念：通过某种电学元件的电流I随电压U变化的实验图线。 I-U 特性曲线 公司logo 公司logo 核心知识 线性元件和非线性元件 (1)对于金属导体，当温度不变时，如欧姆定律所描述的，电流跟电压成正比，其伏安特性曲线是过坐标原点的直线，其电阻为定值，如图所示，具有这种伏安特性曲线的元件称为线性元件。(如金属导体、电解质溶液) I U O 公司logo 公司logo 核心知识 线性元件和非线性元件 O I U (2)对气态导体，如日光灯管中的气体，以及某些导体器件，如晶体管等并不适用。在这种情况下，其伏安特性曲线不是直线，这种电学元件称为非线性元件。(如气态导体和半导体元件) 公司logo 公司logo 核心知识 I-U 图与U-I 图的对比 I U O B A I U O B A k = R 在导体的U - I 图像中，斜率反映了导体电阻的大小。 在导体的 I - U 图像中，斜率反映了导体电阻的大小的倒数。 U-I 图线 I-U 图线 公司logo 公司logo 核心知识 比较内容 I-U图线 U-I图线 线性元件 图线的形状 R1 R2 R1 R2 非线性元件图线的形状(其中一种)   电阻随U的增大而______   电阻随I的增大而______ > < 增大 减小 公司logo 公司logo 核心知识 1.(2024·雅安市神州天立高级中学高二月考)两电阻R1、R2的电流I和电压U的关系图像如图所示，由图可知，两电阻的大小关系是 A.R1等于R2 B.R1大于R2 C.R1小于R2 D.无法确定 √ 根据欧姆定律R==，可知I-U图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知R1小于R2，故选C。 例题 2.(多选)图中的实线分别是电阻a、b的伏安特性曲线，虚线c是b(U=1 V)的切线，a、c相互平行，下列说法正确的是 A.U=1 V时，b的电阻为5 Ω B.U=1 V时，a、b的电阻相等 C.b的电阻随电压的升高而增大 D.U=3 V时，a、b的电阻相等 √ √ 例题 根据I-U图像可知，电阻a的阻值保持不变，大小为Ra== Ω=5 Ω，根据电阻b的伏安特性曲线可知，曲线上的点与原点连线的斜率逐渐减小，而连线斜率为k==，可知b的电阻随电压的升高而增大，U=1 V时，b的电阻为Rb== Ω=2.5 Ω<Ra=5 Ω，故A、B错误，C正确； U=3 V时，b的电阻为Rb'== Ω=5 Ω，此时Ra=Rb'=5 Ω，故D正确。 公司logo 公司logo 情境导入 实验：描绘I-U 特性曲线 02 1.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( I，U )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。 一、实验原理 2.电流表外接：因为小灯泡的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连续变化。 公司logo 公司logo 情境导入 二、电路设计 滑动变阻器采用“分压接法”.使小灯泡两端的电压从零至额定电压连续变化。 安培表用“外接法”小灯泡的电阻远小于电压表的内阻，实验时采用电流表外接法 测量电路: 测小灯泡的电流、电压 控制电路：可以提供从零开始连续变化的电压 公司logo 公司logo 情境导入 三、实验器材 “3.8V 0.3A”的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、电键、导线、坐标纸、铅笔 公司logo 公司logo 情境导入 四、实验步骤 2.安培表外接，滑动变阻器用分压式，开关处于断开状态，变阻器触头位于电压表读数为零处(A端B端？) 3.闭合开关S，移动滑动变阻器触头位置，测出12组不同的电压值U 和电流值 I 。并将测量数据填入表格。 U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I/A 1.按电路图连接电路。 4.断开开关S，拆除电路，整理器材。 公司logo 公司logo 情境导入 1.在坐标纸上以I 为纵轴，U 为横轴，建立直角坐标系。 五、数据处理 2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点．(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。 3.将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。 I/A U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 . . . . . . . . . . . . 公司logo 公司logo 情境导入 1.小灯泡的电阻很小。当它与电流表串联时，电流表的分压影响很大，故为了准确测出小灯泡的伏安特性曲线，电流表应采用外接法。为使小灯泡上的电压能零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接。 2.本实验中，开关S闭合前应把滑动变阻器的滑动触头置于电压为0的位置。 3.小灯泡的灯丝的电阻率随温度的升高而增大，故小灯泡的伏安特性曲线I—U 图线应为斜率渐小曲线。 六.注意事项： 公司logo 公司logo 情境导入 1.由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差。 七.误差分析 2.电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数。 3.在坐标纸上描点、作图带来操作误差。 公司logo 公司logo 情境导入 公司logo 公司logo 核心知识 3.为了描绘标有“3 V　0.15 A”的小灯泡的I-U特性曲线，要求小灯泡的电压能从零开始变化。所给器材如下： ①电流表(0~200 mA，内阻约1 Ω)；②电压表(0~3 V，内阻约5 kΩ)； ③滑动变阻器(0~10 Ω，0.5 A)；④电源(3 V)；⑤开关一个，导线若干 为了准确描绘小灯泡的I-U特性曲线，实验电路图应选择选项图中的 √ 例题 为使小灯泡电压能从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，小灯泡正常工作时的电阻R==20 Ω，>，所以采用电流表外接法，故选A。 公司logo 公司logo 情境导入 4.(2023·成都市高二期中)有一个小灯泡上标有“3 V　0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用： A.电压表(0~5 V，内阻约10 kΩ) B.电压表(0~10 V，内阻约20 kΩ) C.电流表(0~0.3 V，内阻约1 Ω) D.电流表(0~0.6 V，内阻约0.4 Ω) E.滑动变阻器(5 Ω，1 A) F.滑动变阻器(500 Ω，0.2 A) G.学生电源(直流输出4 V)及开关、导线等 例题 (1)实验中电压表应选用　 ，电流表应选用　 ，为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用　 (均用实验器材前的序号字母表示)。 A D E 小灯泡额定电压为3 V，故电压表应选择0~5 V的量程，故电压表选A。 小灯泡的额定电流为0.5 A，故电流表应选择D。 由于本实验要求电压表从零开始变化，故滑动变阻器应采用分压式接法，为了方便调节，使电表示数变化明显，滑动变阻器应选择阻值较小的， 故选择E。 例题 (2)请在虚线框中画出满足实验要求的电路图，并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。 例题 小灯泡正常工作时的电阻为RL== Ω=6 Ω，可知RL<，故电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路如图所示。 根据电路图可得出对应的实物图如图所示。 公司logo 公司logo 情境导入 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 $描绘小灯泡的伏安特性曲线实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线实验原理，用滑动变阻器分压的方法给小灯泡提供可调电压，用伏安法测量其多组不同的电压值及电流值，并用图像法描绘其伏安特性曲线。教学目标。一、使学生了解。小灯泡的伏安特性曲线的物理意义。2、学会用图像法处理实验数据并得出物理规律的方法。实验器材。低压电源、滑动变阻器、电流表、电压表额定电压为2.5伏、额定电流为0.3安的小灯泡及灯座导线若干。一。连接实验电路一，这是实验电路原理图，由滑动变阻器给小灯泡提供可调电压，用电压表和电流表分别测量小灯泡的电压和电流。由于小灯泡内阻较小，为了减小实验误差，电流表应采用外接法。2、按原理图连接实验电路。首先将低压电源的选择开关置于直流4伏档上将滑动变阻器的两固定端用导线分别连接到电源正负接线柱上，构成主回路。滑动变阻器在本实验中作为电位器用及接成分压电路。然后将小灯泡的一端与量程为0.6安电流表的负接线柱连接，把表的正接线柱与滑动变阻器的滑动触头接线柱相连。小灯泡的另一端连接到电源的负极上将滑动变阻器的滑动触头置于左端，最后将量程3伏的电压表并联在小灯泡的两端。连接时注意将电压表的正负接线柱分别连接在小灯泡的高低电视两端，实际电路。连接完毕。2、数据测量，闭合电键，将滑动变阻器的触头向右移动到某一位置，从电压表和电流表上读取一组数据，读数时视线应对准指针并与表面垂直，电压等于0.05伏，电流等于0.04安。填入表格，在移动滑动变阻器的触头，调节灯泡两端的电压，使电流表的示数增加0.02安。读取数据电压等于0.09伏，电流等于0.06安。填入表格。依次类推。继续调节电压，使电流表每增加0.02安读取一组数据，注意在调到灯丝微微发亮的前后可增加几组读数。其中第六组是灯泡刚发亮时的一组数据。本实验共读取12组数据，第7到12组是从发红光至白炽状态灯泡两端的电压及电流的数据，每组一组数据都填入。表格。3、整理仪器实验完毕，关闭电源，拆除导线，整理遗迹曲线描绘分析及结论。一作。IU曲线，在坐标纸上以电流I为纵轴标度取0.05安，电压油为横轴标度取0.2伏，利用描点作图法绘出矮油曲线。2、曲线的变化规律。由图像可知，IU曲线不是一条过原点的直线。在开始阶段，当电压很低时，电流随电压的增高而增大的较快。IU曲线的斜率很大，但变化较小，在灯泡开始发亮前的一段电压范围内，电流随电压增大的速度明显减慢，曲线的斜率迅速变小，呈现出一段弯曲的弧线。当灯泡发亮以后，电流随电压的增高而增大很慢，曲线的斜率很小，并且很少变化，近似为一条直线。三小灯泡的电阻值因为电阻的定义式为R等于U除以I并非是R等于德耳塔U除以德尔塔I所以在IU图像中除过原点的直线外，都不能用斜率。德耳塔I除以德耳塔U的倒数表示电阻R的大小。本次实验只能根据电阻的定义是R等于U除以I计算出曲线上各点对应的电阻值。4、实验结论，小灯泡的。电阻。是随着电压的升高而逐渐增大的。因为在通电过程中，电流的热效应使灯丝发热升温，而灯丝的电阻又随温度的升高而增大，受电阻变化的影响，所以电流与电压的变化不是线性关系。IU曲线不是一条过原点的直线，小灯泡属非线性元件，在此欧姆定律不能适用。