实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线
[学习目标] 1.掌握电表的读数方法.2.掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法、外接法的选择.3.能根据需要正确选择测量仪器及电表量程.4.会根据所得的实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关分析．
一、电压表、电流表的读数方法
1．首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值．
2．根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数．
3．按照指针的实际位置进行读数．
4．(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位．
(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.
(3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.
举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘．
图1
甲图中，电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A.
乙图中，电压表使用3 V量程时，每一小格为0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每一小格为0.5 V，表针示数为8.5 V.
二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用
1．电流表的内接法和外接法
(1)电路图(如图2所示)
图2
(2)误差分析
①内接法：U测＞URx，R测＞R真，适合测量大电阻．
②外接法：I测＞IRx，R测＜R真，适合测量小电阻．
(3)电流表内、外接法的选择
当＞，即Rx＜时，用电流表外接法．
当＞，即Rx＞时，用电流表内接法．
2．滑动变阻器的限流式与分压式接法
(1)电路图(如图3所示)
图3
(2)分压式和限流式电路的选择原则
①若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路．
③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则此时必须选用分压式电路．
说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单，能耗低．
三、描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．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(I，U)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，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图4所示．
图4
2．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．
3．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，按图4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、电压表有较小的明显示数，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．
4．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．
(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．
5．实验结果与数据分析
(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向横轴弯曲的曲线．
(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化．曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变小，电阻变大，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大．
6．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)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，个别偏离较远的点应舍去.
一、实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
例1 一个小灯泡上标有“4 V 0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：
A．电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)
C．电流表(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(10 Ω，2 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G．电源(直流6 V)、开关、导线若干
图5
(1)实验时，选用图5中________(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________.
(2)实验中所用电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选________．(用字母序号表示)
(3)把图6所示的实验器材用实线连接成实物电路图．
图6
答案 (1)甲 描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据 (2)A D E
(3)如图所示
解析 (1)因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用题图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．
(2)小灯泡额定电压为4 V，因15 V的量程太大，读数误差大，则电压表选0～5 V的A而舍弃0～15 V的B.小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D，滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去．(3)小灯泡内阻为电流表内阻的＝20倍，电压表内阻是小灯泡内阻的＝1 250倍，故电流表应选用外接法．
二、实验数据处理
例2 图7甲为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V.
图7
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图．
(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，滑片应停留在滑动变阻器的最________(选填“左”或“右”)端；
②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，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8组U和I的数据，断开开关．根据实验数据在图丙方格纸上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
小灯泡 发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
(3)数据分析：
①从图线上可以得知，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的升高而________．
③小灯泡正常工作时的电阻约为________．(保留到小数点后一位)
答案 (1)见解析图(a) (2)①左 ③见解析图(b)
(3)①先不变，后逐渐增大 ②增大 ③14.6 Ω
解析 (1)与实物电路相对应的电路图如图(a)所示．
(2)①为保护实验器材，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端．
③根据表格中的数据，画出小灯泡的I－U图线如图(b)所示．
(3)①从图线上可以得知，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的升高而增大．
③电压U＝3 V时，I＝0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻R＝ Ω≈14.6 Ω.
1．分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中．
电表 所选量程 测量值
0～15 V
0～3 V
0～3 A
0～0.6 A
答案 11.0 V 2.20 V 0.80 A 0.16 A
解析 0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为11.0 V；
0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为2.20 V；
0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；
0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.
2．(2019·山师附中期末)现要测定一个铭牌上标有“3 V,0.4 A”的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为0～3 V．现有器材：
直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计)
电压表V1(量程3 V，内阻约为3 kΩ)
电压表V2(量程15 V，内阻约为15 kΩ)
电流表A1(量程200 mA，内阻约为2 Ω)
电流表A2(量程400 mA，内阻约为1 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)
开关S，导线若干．
(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是________(填“V1”或“V2”)，选用的电流表是________(填“A1”或“A2”)．
(2)将测量小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号．
答案 (1)V1 A2 (2)见解析图
解析 (1)灯泡的额定电压为3 V，则电压表选V1；小灯泡的额定电流I＝0.4 A＝400 mA，故电流表应选量程为400 mA的A2；
(2)小灯泡的电阻R＝＝7.5 Ω，由于R?RV1，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示：
3．为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
A．小灯泡(额定电压6 V，额定电流600 mA)
B．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)
C．电流表(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
D．电压表(量程0～6 V，内阻约为10 kΩ)
E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)
F．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1.5 A)
G．直流电源E(约6 V)
H．开关、导线若干
(1)实验中电流表应选用__________，滑动变阻器应选用________．(填器材前的字母代号)
(2)请用笔画线代替导线，将图8甲电路连接完整．
图8
(3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向最右端调节滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是________________________________________________________________________．
答案 (1)B E (2)如图所示 (3)电源负极和滑动变阻器左下接线柱间的电路断路
解析 (1)由于小灯泡的额定电流为600 mA＝0.6 A，因此电流表选用；由于滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1.
(3)闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调节范围小且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路，使电路变成了限流电路．
1．某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5 V 0.48 A)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：
A．电压表(0～3 V，内阻6 kΩ)
B．电压表(0～15 V，内阻30 kΩ)
C．电流表(0～3 A，内阻0.1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)
E．滑动变阻器(0～10 Ω，5 A)
F．滑动变阻器(0～1 kΩ，0.1 A)
G．电源(3 V，内阻不计)
H．开关一个，导线若干．
(1)电压表应选用__________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)
(2)如图1所示，图中有几根导线已经接好，为完成本实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完整，要求尽量减小实验误差．
图1
(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在图2坐标纸上补齐未画出的数据点，用“×”表示，并绘出I－U图线．根据I－U图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻________(填“变大”或“变小”)．
U/V 0.00 0.40 0.80 1.00 1.20 1.50 1.80 2.00 2.20 2.50
I/A 0.00 0.17 0.27 0.30 0.35 0.39 0.43 0.45 0.47 0.48
图2
答案 (1)A D E (2)如图所示
(3)如图所示 变大
2．图3是小组同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图．
图3
(1)根据实物连接图在虚线框中画出实验电路图；
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数，如图4中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V．读数为：①________、②________、③________、④__________.两组数据得到的电阻分别为________和________．
图4
答案 见解析
解析 (1)由实物连接图可得电路图如图所示．
(2)电流表量程为0.6 A时，最小分度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10 A，②表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以③表示数为2.00 V，④表示数为0.28 V．灯泡两端电压小，电流就小，故①④为同一组数据，②③为另一组数据，根据欧姆定律得R1＝＝≈8.33 Ω，R2＝＝ Ω＝2.80 Ω.
3．某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线．他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：
U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
现备有下列器材：
A．内阻不计的6 V电源；
B．量程为0～3 A的内阻可忽略的电流表；
C．量程为0～0.3 A的内阻可忽略的电流表；
D．量程为0～3 V的内阻很大的电压表；
E．阻值为0～10 Ω，额定电流为3 A的滑动变阻器；
F．开关和导线若干．
(1)这个学习小组在实验中的电流表应选________(填器材前面的字母)
(2)请你从图5中的实验电路图中选出最合理的一个________．
图5
图6 图7
(3)利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图6所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而________(填“变大”“变小”或“不变”)；
(4)若把电器元件Z接入如图7所示的电路中时，电流表的读数为0.150 A，已知A、B两端电压恒为2 V，则定值电阻R0阻值为________ Ω.(结果保留两位有效数字)
答案 (1)C (2)D (3)变大 (4)6.7
解析 (1)由数据表可知，电路中的最大电流为0.215 A，所以电流表应选择C；
(2)从数据表可知要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；由于电流表与电压表均为理想电表，所以电流表采用外接法和内接法都可，故选D；
(3)由I－U图像可知，图像上的点与原点连线的斜率越来越小，而I－U图像中图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故可知元件Z的电阻随U的变大而变大；
(4)由I－U图像可读出电流I＝0.150 A时，对应的电压U2＝1.00 V，所以元件Z的电阻为：
RZ＝；
由电路图可知：R0＋RZ＝
代入数据解得：R0≈6.7 Ω.
4．要描绘一个标有“3 V,0.3 A”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差．已选用的器材除导线、开关外，还有：
电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω)
电流表(量程为0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
电压表(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)
滑动变阻器(最大阻值为20 Ω，额定电流为1 A)
(1)实验电路应选用下列图中的________(填字母代号)．
(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图8甲所示，其中应该去掉的导线是________(选填相应的字母)．
图8
(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最________端(选填“左”或“右”)．
(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图乙所示．由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻________(选填“增大”或“减小”)．
答案 (1)B (2)b (3)左 (4)增大
解析 (1)本实验要求小灯泡两端的电压从零逐渐增加，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择B电路；
(2)由题图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线b去掉；
(3)由题图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端；
(4)I－U图像中图线上的点与坐标原点的连线的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高，小灯泡的电阻增大．
5．(2017·全国卷Ⅰ改编)某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图9所示．
图9
由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”)．
答案 (1)见解析图 (2)增大
解析 (1)电压表量程为3 V，要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，需要给电压表串联一个定值电阻扩大量程，题目中要求小灯泡两端电压从零开始，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡的电阻RL＝＝ Ω＝11.875 Ω，因＜，故电流表用外接法，实验电路原理图如图所示．
(2)由I－U图像知，图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，则灯泡的电阻随电流的增加而增大．
6．某同学用下列器材描绘额定电压为3.0 V的小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变化从零开始)．
A．电流表(0.6 A,1 Ω)
B．电压表(3 V,1 kΩ)
C．滑动变阻器(10 Ω，1 A)
D．电源(4 V，内阻不计)
图10
(1)请你在图10甲的实物连接图中，把还需连接的导线补上．
(2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于________端(选填“左”或“右”)．
(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数逐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为______________________．
(4)排除故障后，某次测量时电流表的指针位置如图乙所示，其读数为________ A.
(5)小明完成实验后，由实验数据画出小灯泡的I－U图像，如图丙中实线所示，由图可确定小灯泡在电压为2.0 V时的电阻为________Ω(保留两位有效数字)．
答案 (1)见解析图 (2)左 (3)小灯泡断路 (4)0.25 (5)11
解析 (1)该实验要求电压从零调节，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于灯泡的电阻很小，因此电流表应采用外接法，由此可连接实物图，如图所示．
(2)开始实验之前，要使滑动变阻器的输出电压为零，根据电路图可知滑动变阻器的滑片应置于左端．
(3)电压表有示数，说明电压表的两个接线柱和电源的两极连接的电路中无断路；电流表指针几乎不动，说明电路中电阻很大，可能是断路了，故出现这种情况的可能性是小灯泡断路．
(4)本实验中电流表选择0.6 A量程，电流表的最小分度为0.02 A，故指针的示数为0.25 A.
(5)根据灯泡的I－U图像可知，当灯泡的电压为2.0 V时，灯泡的电流约为0.185 A，因此此时灯泡的电阻R＝＝ Ω≈11 Ω.
(共67张PPT)
实验：描绘小灯泡的伏安特性
曲线
第二章 直流电路
学习目标
1.掌握电表的读数方法.
2.掌握滑动变阻器的两种接法与电流表内接法、外接法的选择.
3.能根据需要正确选择测量仪器及电表量程.
4.会根据所得的实验数据分析小灯泡的伏安特性曲线，并进行相关分析.
达标检测
技能储备
题型演练
内容索引
NEIRONGSUOYIN
课时对点练
技能储备
01
1.首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值.
2.根据表盘总的刻度数确定精确度，即每一小格表示的值，同时确定读数有效数字所在的位数.
3.按照指针的实际位置进行读数.
电压表、电流表的读数方法
一
4.(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位.
(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.
(3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.
举例：如图1为电流表和电压表的刻度盘.
图1
甲图中，电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为 A，表针示数为 A；当使用3 A量程时，每一小格为 A，表针示数为 A.
乙图中，电压表使用3 V量程时，每一小格为 V，表针示数为 V；使用15 V量程时，每一小格为 V，表针示数为 V.
0.02
0.44
0.1
2.20
0.1
1.70
0.5
8.5
电压表、电流表及滑动变阻器的使用
二
1.电流表的内接法和外接法
(1)电路图(如图2所示)
(2)误差分析
①内接法：U测＞URx，R测＞R真，适合测量大电阻.
②外接法：I测＞IRx，R测＜R真，适合测量小电阻.
(3)电流表内、外接法的选择
图2
2.滑动变阻器的限流式与分压式接法
(1)电路图(如图3所示)
(2)分压式和限流式电路的选择原则
①若实验中要求电压从零开始调节，
则必须采用分压式电路.
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路.
图3
③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则此时必须选用分压式电路.
说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单，能耗低.
描绘小灯泡的伏安特性曲线
三
1.实验原理
用 测出流过小灯泡的电流，用 测出小灯泡两端的电压，测出多组(I，U)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，即得小灯泡的伏安特性曲线，电路图如图4所示.
图4
2.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”)、
、电压表、 、开关、导线若干、铅笔、坐标纸.
电流表
电压表
滑动变阻器
电流表
3.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 ，按图4所示的电路图连接好实物图.(注意开关应 ，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为 )
(2)闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，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.
量程
断开
零
4.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.
(3)将描出的点用 连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线.
5.实验结果与数据分析
(1)结果：描绘出的小灯泡灯丝的伏安特性曲线不是直线，而是向 轴弯曲的曲线.
(2)分析：灯泡灯丝的电阻随温度变化而变化.曲线向横轴弯曲，即曲线上的点与原点的连线的斜率变 ，电阻变 ，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而 .
平滑的曲线
横
小
大
增大
6.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 接法.
(2)由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表 法.
(3)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，个别偏离较远的点应 .
分压式
外接
舍去
02
题型演练
例1 一个小灯泡上标有“4 V 0.5 A”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线.现有下列器材供选择：
A.电压表(0～5 V，内阻约10 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻约20 kΩ)
C.电流表(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(10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G.电源(直流6 V)、开关、导线若干
实验原理的理解和实验电路、实验器材的选择
一
图5
(1)实验时，选用图5中____(填“甲”或“乙”)电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________.
图5
甲
描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多测几组数据
解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用题图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据.
(2)实验中所用电压表应选____，电流表应选____，滑动变阻器应选____.
(用字母序号表示)
解析 小灯泡额定电压为4 V，因15 V的量程太大，读数误差大，则电压表选0～5 V的A而舍弃0～15 V的B.小灯泡的额定电流I＝0.5 A，则电流表只能选D，滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8 Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去.
A D E
(3)把图6所示的实验器材用实线连接成实物电路图.
图6
答案 如图所示
实验数据处理
二
例2 图7甲为“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为3 V.
(1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.
答案 见解析图(a)
图7
解析 与实物电路相对应的电路图如图(a)所示.
(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，滑片应停留在滑动变阻器的最____
(选填“左”或“右”)端；
②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，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；
左
解析 为保护实验器材，开关闭合之前，题图甲中滑动变阻器的滑片应该置于最左端.
③记录如下8组U和I的数据，断开开关.根据实验数据在图丙方格纸上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
小灯泡
发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光
答案 见解析图(b)
解析 根据表格中的数据，画出小灯泡的I－U图线如图(b)所示.
(3)数据分析：
①从图线上可以得知，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
解析 从图线上可以得知，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的升高而______.
增大
解析 图线表明导体的电阻随温度的升高而增大.
③小灯泡正常工作时的电阻约为________.(保留到小数点后一位)
14.6 Ω
解析 电压U＝3 V时，I＝0.205 A，所以小灯泡正常工作时的电阻R＝
≈14.6 Ω.
03
达标检测
1.分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.
1
2
3
电表 所选量程 测量值
?
0～15 V ?
0～3 V ?
?
0～3 A ?
0～0.6 A ?
11.0 V
2.20 V
0.80 A
0.16 A
1
2
3
解析 0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为11.0 V；
0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为2.20 V；
0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；
0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.
2.(2019·山师附中期末)现要测定一个铭牌上标有“3 V,0.4 A”的小灯泡的伏安特性曲线，要求所测电压范围为0～3 V.现有器材：
直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计)
电压表V1(量程3 V，内阻约为3 kΩ)
电压表V2(量程15 V，内阻约为15 kΩ)
电流表A1(量程200 mA，内阻约为2 Ω)
电流表A2(量程400 mA，内阻约为1 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)
开关S，导线若干.
1
2
3
1
2
3
(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电压表是_____(填“V1”或“V2”)，选用的电流表是_____(填“A1”或“A2”).
V1
A2
解析 灯泡的额定电压为3 V，则电压表选V1；小灯泡的额定电流I＝0.4 A＝400 mA，故电流表应选量程为400 mA的A2；
(2)将测量小灯泡电阻的实验电路图画在方框内，并在图中标明各元件的符号.
?
答案 见解析图
解析 小灯泡的电阻R＝ ＝7.5 Ω，由于R?RV1，故应选电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示：
1
2
3
3.为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
A.小灯泡(额定电压6 V，额定电流600 mA)
B.电流表 (量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)
C.电流表 (量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
D.电压表 (量程0～6 V，内阻约为10 kΩ)
E.滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)
F.滑动变阻器R2(0～100 Ω，1.5 A)
G.直流电源E(约6 V)
H.开关、导线若干
1
2
3
1
2
3
(1)实验中电流表应选用____，滑动变阻器应选用____.(填器材前的字母代号)
B E
解析 由于小灯泡的额定电流为600 mA＝0.6 A，因此电流表选用 ；由于滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即选用R1.
1
2
3
(2)请用笔画线代替导线，将图8甲电路连接完整.
图8
1
2
3
答案 如图所示
1
2
3
(3)实验电路连接正确，闭合开关，从最左端向最右端调节滑动变阻器滑片，记录电流表和电压表相应示数，根据实验数据在坐标系中描点，如图乙所示，则电路发生的故障是_________________
______________________________.
电源负极和滑动
变阻器左下接线柱间的电路断路
解析 闭合开关以后，调节滑动变阻器的滑片从最左端向最右端移动的过程中，由题图乙的描点可以看出，电压调节范围小且没有从零开始变化，由此可以判断电源负极与滑动变阻器左下接线柱间的电路断路，使电路变成了限流电路.
04
课时对点练
1.某物理学习小组描绘一只小灯泡(2.5 V 0.48 A)的伏安特性曲线，有下列器材供选用：
A.电压表(0～3 V，内阻6 kΩ)
B.电压表(0～15 V，内阻30 kΩ)
C.电流表(0～3 A，内阻0.1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)
E.滑动变阻器(0～10 Ω，5 A)
F.滑动变阻器(0～1 kΩ，0.1 A)
G.电源(3 V，内阻不计)
H.开关一个，导线若干.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
(1)电压表应选用____，电流表应选用____，滑动变阻器应选用____.(用序号字母表示)
(2)如图1所示，图中有几根导线已经接好，为完成本
实验，请用笔画线代替导线，将电路补画完整，要求
尽量减小实验误差.
图1
A D E
答案 如图所示
1
2
3
4
5
6
(3)下表中的数据是该小组在实验中测得的，请在图2坐标纸上补齐未画出的数据点，用“×”表示，并绘出I－U图线.根据I－U图线可知，该小灯泡灯丝温度升高时，电阻________(填“变大”或“变小”).
U/V 0.00 0.40 0.80 1.00 1.20 1.50 1.80 2.00 2.20 2.50
I/A 0.00 0.17 0.27 0.30 0.35 0.39 0.43 0.45 0.47 0.48
图2
变大
1
2
3
4
5
6
答案 如图所示
1
2
3
4
5
6
2.图3是小组同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图.
(1)根据实物连接图在虚线框中画出实验电路图；
图3
?
答案 见解析
解析 由实物连接图可得电路图如图所示.
1
2
3
4
5
6
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数，如图4中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V.读数为：①________、②________、③________、④__________.两组数据得到的电阻分别为________和________.
图4
答案 见解析
1
2
3
4
5
6
解析 电流表量程为0.6 A时，最小分度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10 A，②表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以③表示数为2.00 V，④表示数为0.28 V.灯泡两端电压小，电流就小，故①④为同一组数据，②③为另一组数据，根据欧姆定
律得
3.某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线.他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：
U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
现备有下列器材：
A.内阻不计的6 V电源；
B.量程为0～3 A的内阻可忽略的电流表；
C.量程为0～0.3 A的内阻可忽略的电流表；
D.量程为0～3 V的内阻很大的电压表；
E.阻值为0～10 Ω，额定电流为3 A的滑动变阻器；
F.开关和导线若干.
1
2
3
4
5
6
(1)这个学习小组在实验中的电流表应选____(填器材前面的字母)
1
2
3
4
5
6
U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
C
解析 由数据表可知，电路中的最大电流为0.215 A，所以电流表应选择C；
(2)请你从图5中的实验电路图中选出最合理的一个____.
图5
D
解析 从数据表可知要求电流从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；由于电流表与电压表均为理想电表，所以电流表采用外接法和内接法都可，故选D；
U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
1
2
3
4
5
6
(3)利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线如图6所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而______(填“变大”“变小”或“不变”)；
U/V 0.00 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215
图6
变大
解析 由I－U图像可知，图像上的点与原点连线的斜率越来越小，而I－U图像中图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故可知元件Z的电阻随U的变大而变大；
1
2
3
4
5
6
(4)若把电器元件Z接入如图7所示的电路中时，电流表的读数为0.150 A，已知A、B两端电压恒为2 V，则定值电阻R0阻值为_____ Ω.(结果保留两位有效数字)
图7
6.7
解析 由I－U图像可读出电流I＝0.150 A时，对应的电压U2＝1.00 V，
代入数据解得：R0≈6.7 Ω.
1
2
3
4
5
6
4.要描绘一个标有“3 V,0.3 A”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差.已选用的器材除导线、开关外，还有：
电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω)
电流表(量程为0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
电压表(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)
滑动变阻器(最大阻值为20 Ω，额定电流为1 A)
(1)实验电路应选用下列图中的____(填字母代号).
B
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
解析 本实验要求小灯泡两端的电压从零逐渐增加，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡内阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择B电路；
1
2
3
4
(2)按照(1)中选择的电路进行连线，如图8甲所示，其中应该去掉的导线是____(选填相应的字母).
5
6
图8
b
解析 由题图可知，电压表左侧分别接了两条导线，由于本实验应采用电流表外接法，故应将导线b去掉；
1
2
3
4
(3)闭合开关前滑动变阻器的滑片应该置于最_____端(选填“左”或“右”).
5
6
左
解析 由题图可知，测量部分与滑动变阻器左侧并联，为了让电压从零开始调节，滑片开始时应置于最左端；
1
2
3
4
(4)以电压表的读数U为横轴，以电流表的读数I为纵轴，根据实验得到的多组数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线，如图乙所示.由图可知：随着电压的增大，小灯泡的电阻______(选填“增大”或“减小”).
5
6
增大
解析 I－U图像中图线上的点与坐标原点的连线的斜率表示电阻的倒数，则可知，随着电压的升高，小灯泡的电阻增大.
1
2
3
4
5
6
5.(2017·全国卷Ⅰ改编)某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表 (量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表 (量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干.
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图.
答案 见解析图
1
2
3
4
5
6
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图9所示.
由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”).
图9
增大
解析 由I－U图像知，图像中的点与坐标原点连线的斜率在减小，则灯泡的电阻随电流的增加而增大.
1
2
3
4
5
6
6.某同学用下列器材描绘额定电压为3.0 V的小灯泡的伏安特性曲线(要求电压变化从零开始).
A.电流表(0.6 A,1 Ω) B.电压表(3 V,1 kΩ)
C.滑动变阻器(10 Ω，1 A) D.电源(4 V，内阻不计)
(1)请你在图10甲的实物连接图中，把还需连接的
导线补上.
答案 见解析图
图10
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
解析 该实验要求电压从零调节，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于灯泡的电阻很小，因此电流表应采用外接法，由此可连接实物图，如图所示.
1
2
3
(2)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于_____端(选填“左”或“右”).
4
5
6
左
解析 开始实验之前，要使滑动变阻器的输出电压为零，根据电路图可知滑动变阻器的滑片应置于左端.
(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数逐渐增大，电流表指针却几乎不动，则电路的故障为____________.
小灯泡断路
解析 电压表有示数，说明电压表的两个接线柱和电源的两极连接的电路中无断路；电流表指针几乎不动，说明电路中电阻很大，可能是断路了，故出现这种情况的可能性是小灯泡断路.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
(4)排除故障后，某次测量时电流表的指针位置如图乙所示，其读数为_____ A.
4
5
6
0.25
解析 本实验中电流表选择0.6 A量程，电流表的最小分度为0.02 A，故指针的示数为0.25 A.
(5)小明完成实验后，由实验数据画出小灯泡的I－U图像，如图丙中实线所示，由图可确定小灯泡在电压为2.0 V时的电阻为_____Ω(保留两位有效数字).
11
解析 根据灯泡的I－U图像可知，当灯泡的电压为2.0 V时，灯泡的电流约为0.185 A，因此此时灯泡的电阻 ≈11 Ω.
1
2
3
4
5
6
