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

该高中物理导学案聚焦“描绘小灯泡I－U特性曲线”实验，引导学生掌握伏安法测电阻、电路选择（电流表外接、滑动变阻器分压式）、数据处理及误差分析等核心知识。通过回顾欧姆定律线性关系引入，对比实际电路非线性现象，搭建纯电阻与非纯电阻电路的知识支架。 资料以完整实验流程为基础，设计器材选择、电路设计、数据处理等题型，融入半导体材料判断等创新拓展。通过科学探究（实验操作、数据处理）和科学思维（模型建构、误差分析），培养学生实验能力与分析能力，助力形成电阻随温度变化的物理观念，提升学习效率与核心素养。

5.实验：描绘I－U特性曲线 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）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。 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。 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。 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。 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。 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 （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） （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。（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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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。 （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。 编号 U/V I/A 灯泡发光情况 1 0.20 0.020 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光 2 0.60 0.060 3 1.00 0.100 4 1.40 0.140 5 1.80 0.170 6 2.20 0.190 7 2.60 0.200 8 3.00 0.205 （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　　　　。（保留小数点后1位有效数字） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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） 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 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可能是由　　　　材料制成的； （3）请在方框中画出实验电路图。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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。 （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。 （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。 （2）根据实验目的和提供的器材，将图甲的电路图补充完整。 （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”）。 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（　　） 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 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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 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”）。 （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”）。 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： （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）。 （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。 （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 5.实验：描绘I－U特性曲线 【必备技能培养】 【典例 1】　（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，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。 （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。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。 【典例 2】　（1）见解析图　（2）①左　③见解析图　（3）①先不变，后逐渐增大　②增大　③14.6 解析：（1）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。 （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。 ③根据表格中的数据，画出小灯泡的I－U图线如图所示。 （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。 【典例 3】　（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，可知滑动变阻器接成分压电路，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，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。 （3）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。 素养训练 　（1）R2　串　（2）见解析　（3）增大 解析：（1）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。 （2）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 （3）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。 【教学效果检测】 1.C　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。 2.CD　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。 3.（1）分压式 （2）①开关S不应闭合，应处于断开状态 ②滑动变阻器滑片P位置不当，应将其置于b端 4.（1）甲　（2）见解析图　变大 解析：（1）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。 （2）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。 5.（1）分压式　（2）甲　（3）见解析图　1.30 V 解析：（1）甲、乙两电路中的控制电路采用的连接方式是分压式。 （2）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。 （3）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。 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $