(共35张PPT)
5.实验：描绘I-U特性曲线
必备知识·自主学习
关键能力·合作探究
随堂演练·自主检测
课 标 要 求 思 维 导 图
1.巩固伏安法测电阻的电流表内接法和外接法与滑动变阻器两种接法的电路选择． 2．会用描点法画电阻的I-U特性曲线．
必备知识·自主学习
一、实验原理
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(U，I)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．
二、实验器材
学生电源(4～6 V直流)或电池组、小灯泡(“4 V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸．
三、实验步骤
1.
根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按如图所示的电路图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)．
2．闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有明显的示数，记录一组电压U和电流I.
3．用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表．
4.断开开关，整理好器材．
次数 1 2 3 4 5 6 7 8
电压U/V
电流I/A
四、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．
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．因I-U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法．
2．由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．
4．I-U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差．
5．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．
6．画I-U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去．
[导学1]
(1)伏安法测电阻的电路的选择：由于小灯泡的电阻较小，测量电路采用电流外接法误差较小．
(2)滑动变阻器的接法选择：描绘小灯泡的I-U特性曲线时，要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器采用分压式接法．
[导学2]
(1)画图线时单位长度表示的物理量的值适当小些，作图误差小些．
(2)图线应画成平滑的曲线，不能画成折线．
关键能力·合作探究
探究点一 实验原理与操作
典例示范
例 1 以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：
A．闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；
B.将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路．电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图所示；
C．调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．
(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是________，应如何改正：___________________________________________________________
__________________________________________________________.
(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：________.
解析：(1)错误或不妥的步骤是ACD.A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I-U图线．C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端．D步骤：应将各点用平滑的曲线连接．
(2)实验先后顺序为BCAD.
答案：(1)见解析 (2)BCAD
探究点二 数据处理与分析
典例示范
例 2 某实验小组要描绘小灯泡(2.5 V，0.5 W)的伏安特性曲线，实验室提供以下器材可供选择：
A．直流电源3 V(内阻不计)
B．直流电压表V1(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)
C．直流电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为25 kΩ)
D．直流电流表A1(量程为0～300 mA，内阻约为5 Ω)
E．直流电流表A2(量程为0～600 mA，内阻约为10 Ω)
F．滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A)
G．滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(均填器材前的字母标号)
(2)请在方框中画出实验使用的电路图，仪器用题目中的符号表示．
B
D
G
解析：(1)小灯泡的额定电压为2.5 V，电压表的量程为0～3 V便可，故电压表选B.小灯泡的额定功率为0.5 W，可知小灯泡的额定电流为IL＝＝0.2 A，为了保证电流表读数的准确性，电流表选D.实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，并能进行多次测量，滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器最大阻值较小时，采用分压式接法能使小灯泡两端电压变化更加均匀，作出的图像更加准确，所以滑动变阻器选G.
(2)滑动变阻器采用分压式接法，由于小灯泡的电阻比较小，电流表采用外接法，实验电路如图所示．
(3)根据实验数据，作出的小灯泡I-U图线如图所示，由此可知，当电压为1.5 V时，小灯泡的灯丝电阻为________(结果保留2位有效数字)，由图可知，随着电压的增大，小灯泡的电阻________．(填“增大”或“减小”)
8.6 Ω
增大
解析：(3)根据题I-U图线可知，当电压为1.5 V时，电流为0.175 A，根据欧姆定律可知小灯泡的灯丝电阻为R＝≈8.6 Ω根据欧姆定律可知，在I-U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电压的增大，小灯泡电阻增大．
探究点三 实验的创新设计
典例示范
例 3 某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
①小灯泡L，规格“4.5 V，0.5 A”
②电流表A，量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω
③电压表V，量程15 V，内阻约为15 kΩ
④滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω
⑤学生电源E，电动势6 V，内阻不计
⑥开关S及导线若干
(1)甲同学设计了下图所示的电路进行测量，请按电路图把实物图中未完成的连线补充完整；
解析：(1)根据实验电路图，连接实物图如下图所示
(2)乙同学经分析发现甲同学实验精度不高，又从实验室找来Ig＝100 μA，Rg＝1 000 Ω的灵敏电流计和电阻箱(0～99 999.9 Ω)，想把灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，需要把电阻箱调成________ Ω的阻值，并与灵敏电流计________(填“串”或“并”)联在电路中来替代实验中的电压表．
49 000
串
解析：(2)要将灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，则需将电阻箱与灵敏电流计串联，则有U＝Ig(R＋Rg)可得，电阻箱的阻值应为R＝－Rg＝－1 000 Ω＝49 000 Ω.
随堂演练·自主检测
1．在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻Rx约为5 Ω.实验室备有下列实验器材：
A.电压表V1(量程3 V，内阻约为15 kΩ)
B．电压表V2(量程15 V，内阻约为75 kΩ)
C．电流表A1(量程3 A，内阻约为0.2 Ω)
D．电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 Ω)
E．变阻器R1(0～25 Ω，0.3 A)
F．变阻器R2(0～200 Ω，0.1 A)
G．电池E(输出电压约为3 V)
H．螺旋测微器
I．米尺
J．开关S，导线若干
(1)为了提高实验精确度，减小实验误差，实验中电流表应选用________，电压表应选用________滑动变阻器应选________(请填写器材前面的序号)．
(2)为了减小实验误差，应选用图甲中________(选填“a”或“b”)为该实验的电路图．若用a电路进行测量，则所测的Rx比金属丝阻值________(选填“偏大”或“偏小”或“相等”)
D
A
E
b
偏大
解析：(1)电源电动势是3 V，所以电压表应选A；通过待测电阻的最大电流约为I＝＝ A＝0.6 A，所以电流表选D；为方便实验操作，滑动变阻器应选择E；
(2)由题意可知：电压表内阻是待测电阻阻值的3 000倍，而待测电阻阻值是电流表内阻的5倍，则电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，由电路图可知，应选b所示电路图；若用a电路进行测量，由于电流表内阻的影响，则电压表的测量值偏大，根据Rx＝，则所测的Rx比金属丝阻值偏大．
2.某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像，采用的实验电路图如题图1所示，V○为电压表，mA○为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关．
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整．
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I-U图线．
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
(3)根据作出的I-U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件．
非线性
解析：根据作出的I-U图线可知，该元件是非线性元件．
3．有一个小灯泡上标有“3 V，1.5 W”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，内约10 kΩ)
B．电压表(0～10 V，内阻约20 kΩ)
C．电流表(0～0.3 A，内阻约1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，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
(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________(用序号字母表示)．
A
D
E
解析：(1)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.灯泡的额定电流为I＝＝ A＝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调节，故滑动变阻器应采用分压接法，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.
(2)请在方框内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．
电路图如图所示
实物图如图所示
解析：(2)灯泡正常工作时的电阻为RL＝＝ Ω＝6 Ω，则有RL＜＝ Ω≈63 Ω，
故电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示
根据电路图可得出对应的实物图如图所示5.实验：描绘I U特性曲线
课标要求 思维导图
1.巩固伏安法测电阻的电流表内接法和外接法与滑动变阻器两种接法的电路选择． 2．会用描点法画电阻的I U特性曲线．
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、实验原理
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(U，I)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．
二、实验器材
学生电源(4～6V直流)或电池组、小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸．
三、实验步骤
1.
根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的量程，按如图所示的电路图连接好实物图(注意开关应断开，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为零)．
2．闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有明显的示数，记录一组电压U和电流I.
3．用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表．
次数 1 2 3 4 5 6 7 8
电压U/V
电流I/A
4.断开开关，整理好器材．
四、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．
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．因I U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用分压式接法．
2．由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表外接法．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小灯泡分得电压为零的一端，使开关闭合时小灯泡的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝．
4．I U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差．
5．当小灯泡的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．
6．画I U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去．
[导学1]
(1)伏安法测电阻的电路的选择：由于小灯泡的电阻较小，测量电路采用电流外接法误差较小．
(2)滑动变阻器的接法选择：描绘小灯泡的I U特性曲线时，要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器采用分压式接法．
[导学2]
(1)画图线时单位长度表示的物理量的值适当小些，作图误差小些．
(2)图线应画成平滑的曲线，不能画成折线．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 实验原理与操作
典例示范
例 1以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：
A．闭合开关，记下电流表、电压表的一组示数(I，U)，移动滑动变阻器的滑动触头，每移动一次记下一组(I，U)值，共测出12组数据；
B.将电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路．电流表外接，滑动变阻器采用分压式，如图所示；
C．调节触头位置，使闭合开关前触头处于滑动变阻器的左端；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．
(1)以上各步骤中存在错误或不妥之处的是________，应如何改正：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列：________.
探究点二 数据处理与分析
典例示范
例 2某实验小组要描绘小灯泡(2.5V，0.5W)的伏安特性曲线，实验室提供以下器材可供选择：
A．直流电源3V(内阻不计)
B．直流电压表V1(量程为0～3V，内阻约为3kΩ)
C．直流电压表V2(量程为0～15V，内阻约为25kΩ)
D．直流电流表A1(量程为0～300mA，内阻约为5Ω)
E．直流电流表A2(量程为0～600mA，内阻约为10Ω)
F．滑动变阻器R1(最大阻值100Ω，允许通过的最大电流为0.5A)
G．滑动变阻器R2(最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A)
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(均填器材前的字母标号)
(2)请在方框中画出实验使用的电路图，仪器用题目中的符号表示．
(3)根据实验数据，作出的小灯泡I U图线如图所示，由此可知，当电压为1.5V时，小灯泡的灯丝电阻为________(结果保留2位有效数字)，由图可知，随着电压的增大，小灯泡的电阻________．(填“增大”或“减小”)
探究点三 实验的创新设计
典例示范
例 3某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
①小灯泡L，规格“4.5V，0.5A”
②电流表A，量程0.6A，内阻约为0.2Ω
③电压表V，量程15V，内阻约为15kΩ
④滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω
⑤学生电源E，电动势6V，内阻不计
⑥开关S及导线若干
(1)甲同学设计了下图所示的电路进行测量，请按电路图把实物图中未完成的连线补充完整；
(2)乙同学经分析发现甲同学实验精度不高，又从实验室找来Ig＝100μA，Rg＝1000Ω的灵敏电流计和电阻箱(0～99999.9Ω)，想把灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，需要把电阻箱调成________Ω的阻值，并与灵敏电流计________(填“串”或“并”)联在电路中来替代实验中的电压表．
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标
1．在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻Rx约为5Ω.实验室备有下列实验器材：
A.电压表V1(量程3V，内阻约为15kΩ)
B．电压表V2(量程15V，内阻约为75kΩ)
C．电流表A1(量程3A，内阻约为0.2Ω)
D．电流表A2(量程600mA，内阻约为1Ω)
E．变阻器R1(0～25Ω，0.3A)
F．变阻器R2(0～200Ω，0.1A)
G．电池E(输出电压约为3V)
H．螺旋测微器
I．米尺
J．开关S，导线若干
(1)为了提高实验精确度，减小实验误差，实验中电流表应选用________，电压表应选用________滑动变阻器应选________(请填写器材前面的序号)．
(2)为了减小实验误差，应选用图甲中________(选填“a”或“b”)为该实验的电路图．若用a电路进行测量，则所测的Rx比金属丝阻值________(选填“偏大”或“偏小”或“相等”)
2.
某同学描绘一种电子元件的I U关系图像，采用的实验电路图如题图1所示，V○为电压表，mA○为电流表，E为电源(电动势约6V)，R为滑动变阻器(最大阻值20Ω)，R0为定值电阻，S为开关．
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整．
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I U图线．
(3)根据作出的I U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件．
3．有一个小灯泡上标有“3V，1.5W”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(0～5V，内约10kΩ)
B．电压表(0～10V，内阻约20kΩ)
C．电流表(0～0.3A，内阻约1Ω)
D．电流表(0～0.6A，内阻约0.4Ω)
E．滑动变阻器(5Ω，1A)
F．滑动变阻器(500Ω，0.2A)
G．学生电源(直流输出4V)及开关、导线等
(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________(用序号字母表示)．
(2)请在方框内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．
5．实验：描绘I U特性曲线
关键能力·合作探究
探究点一
【典例示范】
例1 解析：(1)错误或不妥的步骤是ACD.A步骤：测量不同电压下的电流值I时，应先预设各组数据中的电压U或电流I的值，而不是随意测，随意测时会使描点疏密不均匀，画图线时出现较大误差，甚至无法画出I U图线．C步骤：闭合开关前应使小灯泡两端电压为零，即触头应置于滑动变阻器最右端．D步骤：应将各点用平滑的曲线连接．
(2)实验先后顺序为BCAD.
答案：(1)见解析 (2)BCAD
探究点二
【典例示范】
例2 解析：(1)小灯泡的额定电压为2.5V，电压表的量程为0～3V便可，故电压表选B.小灯泡的额定功率为0.5W，可知小灯泡的额定电流为IL＝＝0.2A，为了保证电流表读数的准确性，电流表选D.实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，并能进行多次测量，滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器最大阻值较小时，采用分压式接法能使小灯泡两端电压变化更加均匀，作出的图像更加准确，所以滑动变阻器选G.
(2)滑动变阻器采用分压式接法，由于小灯泡的电阻比较小，电流表采用外接法，实验电路如图所示．
(3)根据题I U图线可知，当电压为1.5V时，电流为0.175A，根据欧姆定律可知小灯泡的灯丝电阻为R＝≈8.6Ω根据欧姆定律可知，在I U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电压的增大，小灯泡电阻增大．
答案：(1)B D G (2)见解析 (3)8.6Ω 增大
探究点三
【典例示范】
例3 解析：(1)根据实验电路图，连接实物图如下图所示
(2)要将灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，则需将电阻箱与灵敏电流计串联，则有U＝Ig(R＋Rg)可得，电阻箱的阻值应为R＝－Rg＝－1000Ω＝49000Ω.
答案：(1)图见解析 (2)49000 串
随堂演练·自主检测
1．解析：(1)电源电动势是3V，所以电压表应选A；通过待测电阻的最大电流约为I＝＝A＝0.6A，所以电流表选D；为方便实验操作，滑动变阻器应选择E；
(2)由题意可知：电压表内阻是待测电阻阻值的3000倍，而待测电阻阻值是电流表内阻的5倍，则电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，由电路图可知，应选b所示电路图；若用a电路进行测量，由于电流表内阻的影响，则电压表的测量值偏大，根据Rx＝，则所测的Rx比金属丝阻值偏大．
答案：(1)D A E (2)b 偏大
2．解析：(1)如图
(2)如图
(3)根据作出的I U图线可知，该元件是非线性元件．
答案：(1)见解析 (2)见解析 (3)非线性
3．解析：(1)灯泡额定电压为3V，故电压表应选择0～5V的量程，故电压表选A.灯泡的额定电流为I＝＝A＝0.5A，故电流表应选择D.由于本实验要求电压表从零开始调节，故滑动变阻器应采用分压接法，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.
(2)灯泡正常工作时的电阻为RL＝＝Ω＝6Ω，则有RL＜＝Ω≈63Ω，
故电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示
根据电路图可得出对应的实物图如图所示
答案：(1)A D E (2)见解析
