2.5 实验：描绘I-U特性曲线 课件-2026-2027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I-U特性曲线”实验，从金属导体欧姆定律（I-U为过原点直线）导入，通过实验探究小灯泡曲线形状，引导分析电阻与温度关系，搭建从已知规律到未知现象的学习支架。 其亮点是以科学探究为主线，实验设计明确测量电路（电流表外接法）和控制电路（滑动变阻器分压接法），结合数据记录与曲线描绘培养科学思维。典例精析强化器材选择与电路连接，帮助学生构建电阻随温度变化的物理观念，提升学生探究能力，也为教师提供清晰教学流程。

第二章 电路及其应用 第5节 实验：描绘I-U特性曲线 我们已经知道，金属导体遵守欧姆定律，即在温度一定的条件下，其I-U特性曲线是一条过原点的直线。 I U 这节课我们通过实验描绘小灯泡的I-U特性曲线，看看它是什么形状？你可以分析其中的原因吗？ 一、实验设计 设计实验电路时，可以把它分为测量电路和控制电路两部分。 1.测量电路： 用电流表测量通过小灯泡的电流，用电压表测量小灯泡两端的电压。由于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。 设计实验电路时，可以把它分为测量电路和控制电路两部分。 2.控制电路： 利用两节干电池作为电源，使用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流和它两端的电压。 我们希望小灯泡两端的电压在零至额定电压之间变化，因此控制电路中的滑动变阻器采用分压接法。 测量时，为了便于描点和分析，一般让电压表每次读数的变化量相等。电源两极间的电压要稍高于小灯泡的额定电压。 设计实验电路时，可以把它分为测量电路和控制电路两部分。 综上分析，实验电路如图所示： 测量电路 控制电路 二、实验操作 1.按电路图连接电路。 2.将滑动变阻器的滑片P置于A端，使小灯泡两端的电压为零，检查无误后，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U和I的数值，记录在表格里。 4.断开开关S，拆除电路，整理器材。 U/V I/A 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。 U/V I/A 三、结论分析 1.根据实验数据描绘的图线有什么特点？为什么会出现这种情况？ 图线如图所示 导体的电阻与温度有关。 金属导体的电阻是随温度的升高而增加的。 当小灯泡两端电压达到额定电压正常发光时，灯丝温度会达到2000°左右。 从室温20°升高到2000°左右。灯丝电阻变化明显。 2.根据你得到的实验数据，由R=U/I计算小灯泡的电阻。以电阻R为纵坐标，电压U为横坐标，作出小灯泡的电阻随电压变化的曲线，你能发现什么特点？ R U 小灯泡的电阻随着电压的升高而增大。 3.我们如果通过实验描绘一个定值电阻的I-U特性曲线，要求加在定值电阻两端的电压不要太大，每次通电时间要尽可能短，读数完毕立即切断电源，这样做的目的是什么？ 我们实验时，由于所加电压不太高，通过的电流不太强，每次通电时间很短，其温度可以认为保持不变或者变化不大，从而由于温度的变化而引起的电阻改变可以忽略。因此I-U特性曲线是一条直线。 能否根据小灯泡的I-U特性曲线不是一条过坐标原点的直线，就认为小灯泡的灯丝不遵守欧姆定律 思考： 不能，小灯泡的电阻变化是因为温度变化的原因。 某一个金属导体，在温度没有显著变化时，电阻是不变的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。 在测绘出的伏安特性曲线中，电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。 导体A、B的伏安特性曲线 某晶体二极管的伏安特性曲线 拓展学习 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 典例精析 一、实验设计 2、控制电路的设计 1、测量电路的设计 二、实验操作 三、结论分析 小灯泡的电阻随温度的升高而增大 【例1】　在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，供选择的实验仪器如下： 器材 规格 器材 规格 小灯泡 标有“3.8V 0.3A”字样 滑动变阻器R1 最大阻值10 Ω，额定电流1.0 A 电压表 V 量程0～5 V，内阻约5 kΩ 滑动变阻器R2 最大阻值1 kΩ，额定电流0.5 A 电流表 A1 量程0～100 mA，内阻约4 Ω 直流电源E 电动势约6 V，内阻约0.5 Ω 电流表 A2 量程0～500 mA，内阻约0.4 Ω 导线、开关等 (1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．(填器材代号) (2)在下图中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路． 答案：(1)R1　A2　(2)见解析 【例2】　图为“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. (1)在方框图中画出与实物电路相应的电路图． eq \x(\a\al(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 　　　　　　　, 　　　　　　　, 　　　　　　　, 　　　　　　　,)) (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，应停留在滑动变阻器________端；(选填“左”或“右”) 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读数，直至电压达到额定电压； ③断开开关，整理好实验器材．根据实验数据在图中作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线． 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 (3)数据分析 ①从图线上可以得出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是____________________________________________________． ②图线表明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________．(小数点后保留一位有效数字) 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． (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．②根据表格中的数据，画出小灯泡的I­U图线 (3)①从图线上可以得出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是先不变，后逐渐增大．②图线表明导体的电阻随温度升高而增大．③根据I­U图线得当灯泡两端电压U＝3 V时，I＝0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻约为R＝eq \f(3,0.205)Ω≈14.6 Ω. 答案： (1)见解析图 (2)①左　②见解析图 (3)①先不变，后逐渐增大　②增大　③14.6 $