2.5 实验：描绘伏安特性曲线 课时教案（表格式）2025--2026年教科版高中物理必修第三册

2.5《实验：描绘伏安特性曲线》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第三册 授课类型 实验探究课 第1课时
教材分析
教材分析
本节课选自教科版高中物理必修第三册第二章《直流电路》的第五节，是学生在学习了欧姆定律、电阻、电流与电压等基本概念后，首次系统开展的电学实验探究活动。教材通过“描绘小灯泡和定值电阻的伏安特性曲线”这一核心任务，引导学生从理论走向实践，理解非线性元件与线性元件的区别，掌握实验设计、数据采集、图像绘制与分析的基本技能。本实验不仅是对前几节知识的综合应用，也为后续学习半导体器件、二极管等非线性元件打下基础，在整个电学模块中具有承上启下的作用。
学情分析
高二学生已具备一定的电学基础知识，如电流、电压、电阻的概念及串并联电路规律，且在初中阶段接触过简单电路连接，具备初步的动手能力。但对多用电表、滑动变阻器的规范使用仍不熟练，尤其在分压式接法的选择与连接上易出错。学生普遍对“伏安特性曲线”的图像意义理解模糊，容易将I-U图与U-I图混淆。此外，实验中需同时操作仪器、读取数据、记录表格并绘图，多任务处理能力较弱。因此，教学中应强化操作示范、细化步骤指导，并通过情境驱动激发探究兴趣，帮助学生突破思维障碍。
课时教学目标
物理观念
1. 理解伏安特性曲线的物理意义，能区分线性元件（如定值电阻）与非线性元件（如小灯泡）的I-U图像特征。
2. 掌握滑动变阻器分压式接法的原理及其在实验中的必要性，理解其对电压调节范围的影响。
科学思维
1. 能根据实验目的选择合适的电路设计方案，比较限流式与分压式接法的适用条件。
2. 能通过对实验数据的分析，归纳出小灯泡电阻随温度升高而增大的规律，并解释其非线性特性的成因。
科学探究
1. 能独立完成实验装置的搭建，正确连接电路，规范使用电压表、电流表和滑动变阻器。
2. 能系统地采集多组电压与电流数据，合理设计记录表格，并利用描点法绘制伏安特性曲线。
科学态度与责任
1. 在实验过程中养成严谨求实的科学态度，尊重实验数据，不随意篡改或忽略异常值。
2. 增强安全用电意识，遵守实验室规则，培养团队协作精神与责任担当。
教学重点、难点
重点
1. 正确连接分压式电路，规范使用电表进行数据测量。
2. 绘制并分析小灯泡与定值电阻的伏安特性曲线，理解其物理含义。
难点
1. 滑动变阻器分压式接法的原理理解与实际连接。
2. 解释小灯泡伏安特性曲线为非线性（曲线）的原因——灯丝电阻随温度变化。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验法
教具准备
学生电源、小灯泡（2.5V/0.3A）、定值电阻（5Ω）、滑动变阻器（20Ω）、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，提出问题
【5分钟】 一、创设真实情境，引发认知冲突 （一）、播放生活视频片段：
教师播放一段延时摄影视频：一个普通白炽灯从关闭到逐渐点亮的过程。画面中可以看到灯丝由暗红变为亮白，亮度迅速上升后趋于稳定。随后，教师提问：“同学们，你们有没有注意到，灯刚打开的时候特别暗，然后越来越亮？这说明什么？”
引导学生思考：灯泡的亮度变化是否意味着其内部的电阻发生了改变？如果是，那它的电流与电压之间还是简单的正比关系吗？我们之前学的欧姆定律还完全适用吗？
（二）、引出核心问题：
教师进一步追问：“如果我们要真正了解一个元件——比如这个小灯泡——它两端的电压和通过它的电流到底是什么关系，该怎么办？”
预设学生回答：“做实验！”
教师顺势总结：“非常好！今天我们就来亲手做一个重要的电学实验——《描绘伏安特性曲线》。我们将通过实验数据画出图像，直观地‘看见’电压和电流之间的关系。”
板书课题：2.5 实验：描绘伏安特性曲线
（三）、明确实验目标：
教师展示本节课的学习目标卡片，清晰陈述：
1. 我们要会正确连接一个可以连续调节电压的电路；
2. 我们要能测量出小灯泡在不同电压下的电流值；
3. 我们要用这些数据画出它的I-U图像，并与定值电阻进行对比；
4. 我们要尝试解释为什么它们的图像会不一样。 1. 观看视频，回忆生活经验。
2. 思考灯泡亮度变化背后的物理原因。
3. 讨论并提出“实验验证”的想法。
4. 明确实验目标与任务。
评价任务 观察反应：☆☆☆
提出猜想：☆☆☆
明确目标：☆☆☆
设计意图 以生活中常见的灯泡启动现象为切入点，创设真实问题情境，激发学生好奇心。通过“亮度变化→电阻变化→是否符合欧姆定律”的逻辑链条，引发认知冲突，自然引出实验探究的必要性。明确的目标导向有助于学生聚焦学习任务，提升课堂参与度。
方案设计，构建电路
【10分钟】 一、回顾旧知，比较电路接法 （一）、复习两种基本接法：
教师在黑板上分别画出“限流式”和“分压式”两种滑动变阻器接入电路的示意图，并提问：“这两种接法有什么区别？哪种更适合我们今天的实验？”
引导学生回忆：
- 限流式：只能使负载电压从某一最小值调到电源电动势，调节范围有限；
- 分压式：可以使负载电压从0连续调节到接近电源电动势，调节范围宽。
结合刚才的视频：“我们需要观察灯泡从完全不亮（电压为0）到正常发光的全过程，所以必须让电压从0开始慢慢增加。显然，只有分压式接法能满足这个要求。”
（二）、详解分压式接法原理：
教师用彩色粉笔标出分压式电路中的三条关键路径：
红色线表示主供电回路（电源→滑动变阻器全段）；
蓝色线表示被测元件回路（滑片→灯泡→电表→电源负极）；
绿色线表示控制回路（开关控制总通断）。
强调：“滑动变阻器在这里不是用来限制电流，而是作为一个可调的‘电压分配器’。滑片移动时，加在灯泡上的电压就随之改变。”
二、确定完整实验电路图 （一）、讨论电表连接方式：
教师提问：“电压表应该接在哪里？电流表呢？”
引导学生得出结论：电压表应并联在小灯泡两端，直接测量其电压；电流表应串联在主回路中，测量通过灯泡的电流。
接着提问：“由于小灯泡电阻较小，是否需要考虑电表内阻带来的误差？”
提示学生回忆“电流表外接法适合测小电阻”的结论，决定采用电流表外接法以减小系统误差。
（二）、投影标准电路图：
教师通过多媒体投影完整的实验电路图，包含：
电源（3V直流）、开关、滑动变阻器（20Ω，分压式连接）、小灯泡（2.5V/0.3A）、电流表（0~0.6A量程）、电压表（0~3V量程）、导线。
逐一点明各元件的作用及连接要点，特别是滑动变阻器三个接线柱的连接方式：上端一固定端接电源正极，下端另一固定端接电源负极，滑片端接待测元件一端。
三、制定实验步骤与数据记录表 （一）、拟定操作流程：
教师带领学生共同梳理实验步骤：
1. 断开开关，按电路图连接实物；
2. 将滑动变阻器滑片置于最左端（使灯泡电压为0）；
3. 检查电路无误后闭合开关；
4. 缓慢向右移动滑片，每次增加约0.3V电压，记录对应的电压表和电流表示数；
5. 当电压达到2.5V左右时停止，断开开关；
6. 更换为定值电阻，重复上述步骤；
7. 整理器材，处理数据。
（二）、设计数据表格：
教师在黑板上画出两个并列的数据记录表，表头包括：实验次数、电压U/V、电流I/A、备注（如灯泡亮度变化）。提醒学生注意单位标注和有效数字的保留。 1. 回忆两种滑动变阻器接法的特点。
2. 理解分压式接法的必要性。
3. 参与讨论电表连接方式。
4. 明确实验步骤与数据记录格式。
评价任务 识别电路：☆☆☆
选择方案：☆☆☆
设计表格：☆☆☆
设计意图 通过对比分析，帮助学生理解为何必须选用分压式电路，强化“实验设计服务于研究目的”的科学思想。详细讲解电表连接方式，渗透误差分析意识。共同制定实验步骤和记录表，既规范操作流程，又培养学生实验设计能力，体现“做中学”的理念。
动手实验，采集数据
【18分钟】 一、分组实验，教师巡视指导 （一）、布置实验任务：
教师宣布：“现在请大家以两人一组进行实验。每组桌上都有完整的实验器材包，请严格按照刚才讨论的电路图进行连接。特别注意滑动变阻器的三个接线柱不要接错！”
发放实验记录单，上面印有电路图和空白数据表，要求学生边做边填。
强调安全纪律：“连接电路前务必断开开关；调节电压时动作要慢，避免电流突增烧坏灯泡；若发现冒烟或异味立即断电报告。”
（二）、巡视发现问题，及时纠正：
教师在教室内巡回走动，重点关注以下常见错误：
1. 滑动变阻器接成了限流式（只用了两个接线柱）；
2. 电压表未并联在灯泡两端，而是并联在整个滑动变阻器上；
3. 电流表正负极接反，指针反偏；
4. 开始时滑片未置于电压最小位置，导致灯泡瞬间过亮。
一旦发现，立即蹲下与学生交流：“你们看，这里是不是应该把这根线接到滑片上？这样才能实现分压。”“电压表要像‘夹子’一样夹在灯泡的两端。”用类比帮助学生理解。
对于连接正确的小组，给予肯定：“很好，你们的分压接法很标准，可以开始测量了。”
二、指导数据采集技巧 （一）、控制变量，有序测量：
提醒学生：“请按照0V、0.3V、0.6V……逐步升高电压，不要跳跃式调节。每次读数前等待2~3秒，让灯丝温度稳定后再记录。”
鼓励学生观察并描述现象：“当电压为0.5V时，灯丝微微发红；1.0V时明显发亮；2.0V以上非常耀眼。这些都可以写在备注栏里。”
（二）、处理异常数据：
若有小组测得某组数据明显偏离趋势（如电压升高但电流下降），引导他们检查：“是不是接触不良？或者电表量程选错了？”
强调：“即使出现异常数据也不要删除，如实记录下来，我们在分析时一起探讨可能的原因，这也是科学探究的一部分。”
三、更换元件，对比实验 （一）、完成小灯泡测量后：
教师提示：“请先断开电源，拆下小灯泡，换上标称5Ω的定值电阻，其他电路保持不变，重新进行测量。”
提醒学生注意：定值电阻不会发光，但仍需按相同电压间隔测量，观察其电流变化特点。
（二）、收集原始数据：
教师随机抽取两组学生的原始数据记录单进行拍照上传至大屏幕，作为后续分析素材。确保一组数据完整准确，另一组存在轻微误差（如读数偏差），以便进行对比教学。 1. 两人合作连接分压式电路。
2. 按步骤调节电压并读取数据。
3. 如实填写实验记录表。
4. 更换定值电阻重复实验。
评价任务 连接正确：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
记录真实：☆☆☆
设计意图 通过小组合作形式开展实验，培养学生的动手能力和协作精神。教师巡视不仅保障实验安全，更能在真实操作中发现并纠正典型错误，实现精准教学。强调“如实记录”和“分析异常”，有助于培养学生实事求是的科学态度和批判性思维。
数据分析，绘制图像
【8分钟】 一、投影数据，引导发现规律 （一）、展示两组典型数据：
教师将之前拍摄的两组数据投影到屏幕上，一组为小灯泡，一组为定值电阻。提问：“请大家仔细观察这两组数据，当电压每次增加0.3V时，电流是如何变化的？”
引导学生计算相邻数据间的电阻值（R=U/I），发现：
- 定值电阻的R基本保持在5Ω左右不变；
- 小灯泡的R随着电压升高而显著增大（如0.3V时约2Ω，2.4V时约8Ω）。
追问：“这说明了什么？”
预设学生回答：“灯泡的电阻变大了！”
教师补充：“没错，因为灯丝温度升高了。金属导体的电阻率随温度升高而增大，这是物理本质。”
二、指导绘制伏安特性曲线 （一）、示范描点作图：
教师在坐标纸上现场示范如何绘制I-U图像：
横轴为电压U（单位：V），纵轴为电流I（单位：A）；
选取合适标度（如横轴1cm代表0.3V，纵轴1cm代表0.05A）；
将小灯泡的每组(U, I)数据作为坐标点描出；
用平滑曲线连接各点，得到一条向上弯曲的曲线（非线性）；
再用另一种颜色笔描出定值电阻的数据点，连接成一条过原点的直线（线性）。
（二）、解读图像物理意义：
教师讲解：“这条曲线就叫做伏安特性曲线。它的斜率并不恒定，实际上，曲线上某点与原点连线的斜率k=I/U=1/R，代表该工作状态下的电阻倒数。曲线越陡，电阻越小；越缓，电阻越大。”
指着小灯泡曲线的起始段和末端段对比：“刚开始电压低，灯丝冷，电阻小，所以电流增长快；后来灯丝热了，电阻大，同样的电压增量带来的电流增量就变小了。”
最后总结：“这就是为什么小灯泡的伏安特性曲线是一条曲线，而定值电阻是一条直线的根本原因。” 1. 观察数据变化趋势。
2. 计算不同电压下的电阻。
3. 学习描点法绘制图像。
4. 理解图像的物理含义。
评价任务 发现规律：☆☆☆
绘图准确：☆☆☆
解释成因：☆☆☆
设计意图 通过对比分析，让学生从数据中自主发现电阻变化的规律，经历“现象→数据→规律→本质”的科学探究过程。现场示范绘图规范，帮助学生掌握图像处理技能。深入解读I-U曲线的几何意义，打通数学图像与物理概念之间的桥梁，深化理解。
课堂总结，升华认知
【4分钟】 一、结构化回顾核心知识 （一）、梳理本课要点：
教师站在黑板前，手指板书和图像，带领学生系统回顾：
“今天我们完成了《描绘伏安特性曲线》的实验。我们学会了使用分压式电路来实现电压从零连续可调；我们测量了小灯泡和定值电阻在不同电压下的电流值；我们绘制出了它们的I-U图像——一个是曲线，一个是直线；我们明白了这是因为灯丝电阻随温度升高而增大，打破了我们对欧姆定律的简单理解。”
（二）、强调科学方法：
“更重要的是，我们体验了完整的科学探究流程：提出问题→设计实验→收集数据→分析图像→得出结论。每一个数据点都是真实的证据，每一条曲线都在讲述一个物理故事。”
二、激励性升华情感价值 （一）、联系科学家精神：
“正如著名物理学家费曼所说：‘科学是一种方法，它教导人们如何承认自己的无知，如何在不确定性中前行。’我们今天在实验室里的每一次读数、每一次修正，都是在践行这种精神。”
“当你看到那条弯曲的曲线时，不要觉得它‘不完美’，恰恰是这份‘不完美’揭示了世界的复杂与真实。真正的科学之美，不在于公式多么简洁，而在于它能否诚实地反映自然的本来面目。”
（二）、寄语未来学习：
“希望你们记住今天亲手画出的这条曲线。在未来的学习中，无论是面对半导体的神奇特性，还是超导体的零电阻奇迹，都能保持这份好奇与求真之心。让我们继续用实验去追问世界，用数据去书写真理！” 1. 跟随教师回顾知识脉络。
2. 理解科学探究的方法论。
3. 感受科学精神的深层价值。
4. 树立持续探索的学习信念。
评价任务 总结要点：☆☆☆
领悟方法：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化总结+激励性升华”双模式收尾。先系统梳理知识与技能，巩固学习成果；再引入科学家名言，将一次普通实验上升到科学精神的高度，激发学生的使命感与内在动力。优美的结语不仅总结课堂，更为未来的物理学习埋下理想的种子。
作业设计
一、基础巩固题
1. 描绘伏安特性曲线的实验中，滑动变阻器应采用_________接法，其目的是______________________________。
2. 小灯泡的伏安特性曲线是一条_________（填“直线”或“曲线”），原因是____________________________________。
3. 在测量定值电阻的伏安特性时，若采用电流表外接法，则测量结果会偏_________（填“大”或“小”），原因是________________________。
二、拓展探究题
某同学在实验中得到了如下表所示的小灯泡电压与电流数据：
U/V0.0 0.51.0 1.52.0 2.5 I/A 0.00 0.180.260.30 0.330.35
（1）请根据上表数据，在所给坐标系中描绘出小灯泡的伏安特性曲线。
（2）估算当小灯泡两端电压为1.2V时，其实际功率约为_________W。（保留两位有效数字）
（3）若将此小灯泡直接接在2.0V的电源上，能否正常发光？_________（填“能”或“不能”），理由是____________________________________。
三、实践反思题
回忆本次实验过程，写出你在电路连接或数据测量中遇到的一个具体困难，以及你是如何解决或希望得到怎样的帮助。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 分压式；使待测元件两端电压能从0开始连续调节
2. 曲线；灯丝电阻随温度升高而增大
3. 小；电压表分流，导致电流表读数大于通过电阻的真实电流
二、拓展探究题
（1）描点连线略（应为向上凸的曲线）
（2）P = U × I ≈ 1.2V × 0.28A = 0.336W ≈ 0.34W （插值估算I≈0.28A）
（3）不能；小灯泡额定电压为2.5V，2.0V低于额定值，无法达到正常亮度
板书设计
2.5 实验：描绘伏安特性曲线
【左侧主板书】
一、实验目的：
- 测量元件U、I关系
- 绘制I-U图像
- 分析线性与非线性差异
二、电路设计：
分压式接法（图示）
电流表外接法
三、实验步骤：
连→查→调→测→记→换→重
【右侧副板书】
四、数据与图像：
定值电阻：I-U → 直线 → R恒定
小灯泡：I-U → 曲线 → R随T↑而↑
五、物理本质：
金属电阻率ρ随温度升高而增大
→ R = ρL/S ↑ → 非线性响应
教学反思
成功之处
1. 以“灯泡启动”这一生活现象导入，有效激发了学生的探究兴趣，实现了从生活走向物理的教学理念。
2. 采用“讲解—示范—实践—反馈”四步教学法，特别是在分压式电路连接环节加强巡视指导，显著降低了操作失误率，90%以上小组能独立完成规范连接。
3. 通过对比小灯泡与定值电阻的伏安特性，引导学生从数据中自主发现电阻变化规律，科学思维得到有效锻炼。
不足之处
1. 实验时间稍显紧张，部分小组未能完成定值电阻的全部测量，下次可适当延长实验环节至20分钟。
2. 对于“为何分压式能从0调压”的原理讲解还不够直观，部分学生仍存在理解障碍，今后可借助动态仿真软件辅助演示。
3. 个别学生在绘图时标度选择不合理，导致图像偏小或变形，需在课前加强坐标纸使用培训。