2.5 实验：描绘I-U特性曲线(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验，系统梳理实验目的、原理、电路设计及数据处理，衔接欧姆定律与电路连接知识，通过实验步骤、误差分析等学习支架，帮助学生构建完整的实验认知框架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过器材选择（如滑动变阻器分压式接法）、数据描点作图及误差分析，培养科学思维中的模型建构与科学论证能力。结合创新题型（如判断半导体材料电阻特性），深化物理观念，学生能提升实验操作与问题解决能力，教师可高效落实核心素养教学目标。

5.实验：描绘I-U特性曲线 第二章　电路及其应用 1 目 录 CONTENTS 基础知识落实 必备技能培养 教学效果检测 课时作业 2 基础知识落实 目 录 3 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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 2. 实验电路 （1）电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电 流表外接法。 （2）滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要 采用分压式连接，实验电路图如图所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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 1. 选择合适的仪器按原理图连接好电路。 2. 将滑动变阻器的滑片滑到A端后，闭合开关。 3. 调节滑动变阻器的滑片，在灯泡额定电压范围内读取几组不同的电压值 和电流值，并制表记录。 4. 断开开关，拆下导线，将仪器恢复原状。 5. 以I为纵轴，U为横轴，画出I-U图线并进行分析。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 五、数据处理 1. 在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系。 2. 在坐标纸中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接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。 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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 六、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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 七、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 既可以把表中所给出的所有点都标注上，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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 必备技能培养 目 录 10 题型一　实验原理与操作 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 目 录 物 理·必修第三册（JK） （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，如A、B） A　 D　 E　 解析： 根据小灯泡标有“4 V，2 W”的字样，电压表应选A；通过小 灯泡的额定电流I＝＝0.5 A，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（灵敏），应选阻值 小的变阻器E。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （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。 答案： 见解析图 解析：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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （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。（保留2位有效 数字） 5.3　 解析： 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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （4）小灯泡的I-U图线是曲线而不是过原点的直线，原因是 ⁠ ⁠。 灯丝的电阻 会随温度的升高而增大 解析：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。 也就是说随着电压的增大，小灯泡的电阻增大，使I-U图像斜率变小。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 题型二　数据处理及误差分析 如图所示为“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。 答案： 见解析图　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流要 从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡电 阻较小，约为几欧姆到十几欧姆，远小于电压表内阻， 电流表应采用外接法电路图如图所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （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”） 左　 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记录如下表中一组U和I的数据，断开开关。根据实验数据在I-U坐标系中 作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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 答案： ③见解析图　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 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图线如图所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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 。（保留小数点后1位有效数 字） 先不 变，后逐渐增大 增大　 14.6　 （3）数据分析 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 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 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I-U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＝ Ω≈14.6 Ω。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 题型三　实验拓展与创新 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进行测试，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） 目 录 物 理·必修第三册（JK） G. 开关、导线若干 现测得通过其中的电流与加在它两端的电压数据如下表所示： I/mA 0 0.4 2.0 4.5 U/V 0 0.40 0.80 1.20 I/mA 8.0 12.5 18.0 25.0 U/V 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）； C　 E　 解析： 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，可知滑动变阻器接成分压电路，应选择阻值较小的E； 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）根据表中数据，判断元件R0可能是由 材料制成的； 半导体　 解析：随着电流增大，元件R0的发热功率越大，对应电压与电流的比值越 小，即电阻值越小，所以元件R0是半导体材料制成的。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）请在方框中画出实验电路图。 答案： 见解析图 解析：由前面的分析可知滑动变阻器采用分压接法，同时 待测电阻阻值较小，故应采用电流表外接法，故电路图 如图所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 创新角度分析 　　通过I、U数据判断电阻元件是半导体材料制成的。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2026·四川南充阆中期中）某同学想通过测绘小灯泡完整的伏安特性曲线 来研究小灯泡的特性。所用器材如下： 待测小灯泡一只（额定电压为3.8 V，额定电流为0.32 A）；电压表一个 （量程0～2 V，内阻为2 kΩ）；电流表一个（量程0～0.4 A，内阻约为3 Ω）；定值电阻R1（阻值为1 kΩ）；定值电阻R2（阻值为2 kΩ）；滑动变 阻器（阻值0～10 Ω）；电源（电压为5.0 V）；开关一个，导线若干。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （1）为测量小灯泡两端的电压，需要将电压表与定值电阻 （选填 “R1”或“R2”） （选填“串”或“并”）联。 R2　 串　 解析： 小灯泡的额定电压为3.8 V，则电压表需要与定值电阻R2串联，串联后电压表量程为0～4 V。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）根据实验目的和提供的器材，将图甲的电路图补充完整。 答案： 见解析 解析：待测小灯泡电阻Rx≈＝ Ω≈11.9 Ω 由于＞ 因此选择电流表外接法，电路图如图所示 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）实验描绘出的小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，由图乙可知，随 着小灯泡两端电压增大，灯丝的电阻 （选填“增大”“不变”或 “减小”）。 增大　 解析：在I-U图像中，图线上的点与坐标原点连线的斜率为电阻的倒数，由题图乙可知，随着小灯泡两端电压增大，灯丝的电阻增大。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 教学效果检测 目 录 32 1. 金属铂的电阻率对温度的变化非常敏感，随着温度的升高，其电阻率将 增大。若把加在一段铂丝两端的电压和流过这段铂丝的电流分别用U和I来 表示，则比较客观地反映I-U关系图像的是（　　） √ 解析： 　金属铂的电阻率随着温度的升高而增大，一段铂丝的电阻也随 着温度的升高而增大，在I-U图线上，表现为随电压增大，电流增大得越来 越慢，也就是I-U图线的斜率越来越小，因此选项C符合题意。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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 √ √ 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 　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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 3. 在探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中， 所用器材有：灯泡L、量程恰当的电流表A 和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、 开关S等，要求灯泡两端电压从0开始变化。 （1）实验中滑动变阻器应采用 （选填“分压式”或“限流 式”）接法。 （2）某同学已连接如图所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电 源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正。 ① ⁠。 ② ⁠。 分压式　 开关S不应闭合，应处于断开状态 滑动变阻器滑片P位置不当，应将其置于b端 目 录 物 理·必修第三册（JK） 4. 表格中所列数据是测量小灯泡U􀆼I关系的实验数据： U/V 0.0 0.2 0.5 1.0 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 U/V 1.5 2.0 2.5 3.0 I/A 0.180 0.195 0.205 0.215 （1）分析表内实验数据可知，应选用的实验 电路图是图中的 （选填“甲”或“乙”）。 甲　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 由表中数据可知，电压、电流从零开始测量，因此需要滑动 变阻器分压接法，故该实验选择分压接法。故应选择甲电路。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）请在图丙中画出小灯泡的U-I图线；分析图线可知小灯泡的电阻 随I变大而 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 答案： 见解析图　 变大　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析：根据表格所给数据，画出小灯泡的U􀆼I曲线如图所示； 由小灯泡的U􀆼I图线可知，图像的斜率变大，故说明当电流增大时，灯 泡的电阻增大。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 5. （2026·四川内江期末）某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额 定功率为3 W的小灯泡L的伏安特性曲线。实验所用电压表的内阻约为 6 kΩ，电流表的内阻约为1.5 Ω，实验中分别用图甲和乙两个电路图进 行实验。则： 目 录 物 理·必修第三册（JK） （1）甲、乙两电路中的控制电路采用的连接方式是 （选填 “限流式”或“分压式）。 分压式　 解析： 甲、乙两电路中的控制电路采用的连接方式是分压式。 （2）为了更准确地得到小灯泡L的电流I和电压U的关系曲线，该同学应该选择的电路图是图 （选填“甲”或“乙”）。得到的I-U图线如图丙虚线所示。 甲　 解析：小灯泡正常发光的阻值为R＝＝12 Ω， 由R＜可知，采用电流表外接法时实验误差较小。故该同学应该选 择的电路图是图甲。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）如果该同学选用另一个电路图进行实验，那么，请你在丙图中用实 线画出实验中应得到的I-U关系曲线的大致示意图。并根据所作曲线得出， 当通过小灯泡L的电流为200 mA时，电压表两端的电压约为 ⁠。 答案： 见解析图　 1.30 V　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析：如果该同学选用另一个电路图进行实验，则有 U＝U灯＋IRA 分别代入电流100 mA、200 mA、300 mA、400 mA、 500 mA，可知对应的电压值分别增加0.15 V、0.30 V、0.45 V、0.60 V、0.75 V，故描点连线得到的关系示意图如图， 根据所作曲线得出，当通过小灯泡L的电流为200 mA 时，电压表两端的电压约为1.30 V。 目 录 物 理·必修第三册（JK） $