小灯泡的伏安特性曲线全解
探究小灯泡的伏安特性曲线
探究小灯泡的伏安特性曲线
实验目的：
描绘小灯泡的伏安特性曲线（I-U曲线），探究小灯泡的电阻变化规律。
实验原理：
由于小灯泡钨丝的电阻随温度而变化，因此可利用它的这种特性进行伏安特性研究。
实验中小灯泡的电阻等于灯泡两端的电压与通过灯泡电流的比值。
改变小灯泡两端的电压，测出相应的电流值，可以得到小灯泡的电阻、电流与外加电压的关系。
实验器材：
电池、滑动变阻器、小灯泡、电压表、电流表、开关、导线若干
实验步骤：
1.连接实验实验电路
2.把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S。
4. 拆除电路，整理仪器。
数据处理：（画出伏安特性曲线）
1.在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立坐标系。
2.在坐标纸上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。
实验结论：
I-U曲线不是一条过原点的直线，小灯泡的电阻是随着电压的升高而逐渐增大的。
受电阻变化的影响，所以电流与电压的变化不是线性关系，I-U曲线不是一条过原点的直线。
实验一 测小灯泡伏安特性曲线
实验一：测量小灯泡的伏安特性曲线一、实验原理根据伏安法测电阻，测出多组U-I值，然后做出U-I图像。
线性元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，图像的斜率是线性元件的电阻；非线性元件的伏安特性曲线是一条曲线。
二、实验的考察层次层次1：仪器的读数（电压表和电流表的读数）层次2：实验电路图。
滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法。
层次3：仪器的选择：滑动变阻器选小电阻。
层次4：数据处理。
设计坐标，做U-I图像，或者I-U图像，计算电阻。
层次5：电表量程不够时需要改装电表（改装电压表所需的电阻与电压表内阻几乎相当，改装电流表所需的电阻与电流表内阻几乎相当）【2016 天津与2012 四川相似度很高】三、高考题呈现的特点1.主要考察了电路图的分压接法电路图及实物图的连接。
2.仪器的选择问题，滑动变阻器的选择【电压表根据小灯泡的额定电压选择，电流表根据小灯泡的额定电流选择，滑动变阻器选小电阻】3.内外接法的误差分析4.根据测出的数据做U-I图像（注意图像都是曲线）【典型立体剖析】考点1：实验原理和仪器选择★★[例1]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的器材有：A．小灯泡：规格为“3.8 V0.3 A”B．电流表：量程0～0.6 A，内阻约为0.5 ΩC．电流表：量程0～3 A，内阻约为0.1 ΩD．电压表：量程0～5 V，内阻约为5 kΩE．滑动变阻器：阻值范围0～10 Ω，额定电流2 AF．电池组：电动势6 V，内阻约为1 ΩG．开关一只，导线若干(1)为了使测量尽可能地准确，需要使小灯泡两端电压从0逐渐增大到3.8 V且能方便地进行调节，因此电流表应选________．(填器材前选项)(2)根据你选用的实验电路，将如图所示的器材连成实物电路．答案(1)B(2)见解读图解读(1)因小灯泡的额定电流为0.3 A，为减小读数误差，应让指针偏角大一些，故电流表选B.(2)由电流表外接和滑动变阻器采用分压式接法知，电路图如图甲所示，由电路图连接的实物电路如图乙所示．★★[例2]有一个小灯泡标有“4 V 2 W”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10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)C．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)E．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F．滑动变阻器(500 Ω，1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用序号字母表示)．(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图．解读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，故采用如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．因小灯泡额定电压为4 V，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，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的80.4＝20倍，电压表内阻是小灯泡的10×1038＝1 250倍，故电流表采用了外接法．答案(1)描绘小灯泡的I—U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)A D E (3)如下图所示．考点2：数据处理及误差分析★★★【例3】图中所示器材为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I-U特性曲线的实验器材．（1）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图1中的实验电路图连接完整．（2）开关S闭合之前，图1中滑动变阻器的滑片应该置于_____端．（选填“A端”、“B端”或“AB中间”）（3）实验中测得有关数据如下表：根据表中的实验数据，在图2中画出小灯泡的I-U特性曲线．【说明】：1.实验原理图2.数据描点，画图★★【例4】用如图甲所示的器材做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验．小灯泡标有“6 V 3 W”的字样，铅蓄电池的电动势为8 V，滑动变阻器有两种规格：R1标有“5 Ω2 A”，R2标有“100 Ω20 mA”．各电表的量程如图甲所示．测量时要求小灯泡两端的电压从零开始，并测多组数据．(1)滑动变阻器应选用__________；分压接法选小电阻(2)用笔画线代替导线，把图甲中的实物连成实验电路(有部分连线已接好)；(3)测量时电压表示数如图乙所示，则U＝________ V；(4)某同学根据实验测量得到的数据，作出了如图丙所示的I－U图像．分析图像不是直线的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)R1(2)实验电路如图所示(3)4.0(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大解读(1)由于电压要从零开始调节，所以滑动变阻器应采用分压式接法，如果选用R2，滑动变阻器中的电流会超过20 mA，故选R1.(2)实验电路中电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法．(4)小灯泡两端的电压逐渐增大时，灯丝温度升高，灯丝的电阻(或电阻率)变大．【高考题赏析】1.★【2009 天津 3 6】为探究小灯泡L的伏安特性，连好如图甲所示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。
小灯泡伏安特性曲线图实验数据
数字万用表伏安特性曲线图
120
120 100
80
电压表伏安特性曲线图
100 80 电流I/A
电流I/A
60 40 20 0 0 5 电压U/V 10 15
系列1
60 40 20 0 0 5 电压U/V
R^2=
0.963966
R^2=
指针：ln函数图像
4.8
4.6 y = 0.491x + 3.537 R² = 0.982 4.4 4.2 4
10.5 110.94 电压表 110.61 数字万用表
1.609438 1.94591 2.197225 2.351375 4.317755 4.522658 4.683797 4.70899 4.356965 4.544464 4.690246 4.706011
电压表伏安特性曲线图
系列1
d
10
15
电压U/V
80 60 40 20 0 0 5 电流I/A 10 15
测量数据I-U图像
测量数据I-U图像
计算值I-U图像
指针电压表：把I作为y轴，U为x轴，验证所得K和n 如上图所示，测量数据U-I图像与计算值数据U-I图像曲线重合 所以求得K、n正确。
120 100 电压U/V
80 测量数据I-U图像
3.8
系列1 线性 (系列1)
3.6 3.4
3.2
3 -1 0 1 2 3
斜率B=0.5018 n= 1.99282 电压/U 电流/mA 0 0
截距d=3.5345 k= 0.000873 0.5 28.44 0.8 30.98 1.1 32.95 1.4 38.06 2 45.88 2.5 51.94 3.5 62.63
小灯泡的伏安特性曲线
【实验目的】通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线， 并分析曲线的变化规律．
实验原理：金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一 段金属导体的电阻随温度发生相应变化．对一只灯泡来说，不 正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到十几倍， 它的伏安特性曲线（I－U图线）并不是一条直线．即灯丝的电 阻是非线性的，本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨 丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电 特性． A
1.画出实验电路图如图示
V A C B
2.为什么电流表采用外接法？
3.滑动变阻器为什么要用 分压式接法？
【注意事项】 1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此 实验电路必须采用电流表外接法． 2．因本实验要作I－U图线，要求测出一组包括零 在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接 法． 3．电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的A端． 4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡 的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值 （如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求 两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏 特表的示数不要超过小灯泡的额定电压． 5．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电 流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理， 使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要 用平滑曲线将各数据点连接起来．
0
2.下面是小灯泡的伏安特性曲线 图，其中 D 哪种是可能的（ ）
I I
(A)
U
U U
(B)
U
(C)
I
I
(D)
3.如图所示为电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把 第一象限分为了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域．现把R1和R2 并联在电路中，消耗的电功率分别用P1和P2表示； 并联的总电阻设为R．下列关于P1与P2的大小关系及 C R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是( ) A．特性曲线在Ⅰ区，P1<P2 B．特性曲线在Ⅲ区，P1<P2 C．特性曲线在Ⅰ区，P1＞P2 D．特性曲线在Ⅲ区，P1＞P2
实验测绘小灯泡的伏安特性曲线ppt课件
图6
为了减小误差，应使R≪RV，故此法测较小电阻好 D.乙中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使R≫RA，故此法测较
大电阻好
12
2.在测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，所用器材有：小灯泡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，要求小 灯泡两端电压从0开始变化. (1)实验中滑动变阻器应采用__分__压___接法(填“分压”或“限流”). 答案
图3
(3)请根据(1)中所选电路，把图4中所示的 实验器材用实线连接成实物电路图. 答案
如图所示 图4
二、实验数据的处理
例2 图5甲为“测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5 (1)在图乙方框图中画出与实物电路相对应的电路图.
答案 解析 见解析图
(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 __左____(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； 答案 解析
总结提升
1.首先要根据表中数据选择合适的标度； 2.描点后用平滑的曲线连接，个别偏离较远的点应舍去.
3
达标检测
1.在图6中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确
的是 答案 解析 A.甲图的接法叫电流表外接法，
乙图的接法叫电流表内接法
√B.甲中R测>R真，乙中R测<R真
C.甲中误差由电压表分流引起，
(1)实验时，选用图3__甲___(选填“甲”或“乙”)的电路图来完成实验，
请说明理由：_描__绘__小__灯__泡__的__I_－__U_图__线__所__测__数__据__需__从__零__开__始__，__并__要__多__测___
关于小灯泡伏安特性曲线的一些宏观及微观解释
关于小灯泡伏安特性曲线的一些宏观及微观解释对于一般人来说小灯泡的伏安特性曲线并不陌生，对于高考来说也是司空见惯。
但对于其伏安特性曲线的解释却少有听闻。
作者查阅了很多文献，对于小灯泡伏安特性成曲线的成因的探究却是屈指可数。
对于其微观解释更是少见，这里作者将从经典金属电子联系微观及宏观讲述自己的一些想法和观点。
标签：微观；宏观；特性曲线1进行实验得到小灯泡的伏安特性曲线表1 小灯泡的电压及电流记录把所得的数据用excel绘制成图像，我们得到了小灯泡的伏安特性曲线如图1 所示。
从这张图我们可以看出小灯泡的电阻呈现出不断变小的趋势。
但总的来说，其变化最为明显的还是在0.150V～0.800V时。
在大于0.800V和小于0.150V 时基本符合线性。
那么为什么会产生这种现象呢？图1 小灯炮的伏安特性曲线2 金属的电阻变化实验表明，导体的电阻与其材料、形状、长短、粗细及温度有很大的关系。
因为平常我们所用的灯丝我们一般认为是柱状的均匀的所以我们列出下式：R=ρ（L/S）其中，S 是导体的横截面积；L 是导体的长度；ρ是与导体的材料及温度有关的量，叫导体的电阻率。
这里灯丝的电阻和欧姆定律可以用经典金属电子论解释。
其假设电子像理想气体一样，它的运动遵守牛顿力学定律，并且忽略自由电子间的相互作用，而自由电子与正离子间的相互作用，仅在碰撞时才考虑。
当然现实生活中自由电子是有热运动的，但因其的无规则性所以我们认为其宏观电流密度处处为零。
当灯丝加上电压时，其内部存在电场，这时自由电子便有特殊的定向运动，电子的定向平均速度决定了电流密度大小。
自由电子与金属原子碰撞，没有电场时，电子每次碰撞后以某一热运动初速度做匀速直线运动直至下次碰撞；电场存在时，电子在两次碰撞之间作初速度为零的匀加速成直线运动，其加速度其中，m 是电子的质量，设两次碰撞之间的平均自由程为■。
由于热运动平均速率■远大于定向运动速率■，故：在金属内部与垂直的方向上取一个面积为ΔS 的面元，以它为底，■为高作一个柱体，设单位体积内的自由电子数n。
实验：测定小灯泡的伏安特性曲线正式文档精选全文完整版
安培表采用“外接法”. 可使测出的小灯泡的电压、电 流更准确。
滑动变阻器采用“分压接 法”.可使小灯泡两端的电压 从零开始连续变化。
实验器材
小灯泡、电流表、电 压表、滑动变阻器、电源、 电键、导线
实验步骤
(1) 按 照 如 图 所 示 的 电 路图连接成实验电路（安 培表外接，变阻器用分压 式，开关处于断开状态， 变阻器触头位于电压表读 数为零处）。
一、电阻的测量
伏安法
用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表 测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律 可以算出电阻的阻值R，
RU I
一、电阻的测量 伏安法测电阻的两种电路
电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫
“外接法”
V
A R
电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫
“内接法”
V
A R
因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种 方法测量电阻都有误差．
电流表内接法
电压表示数
UV U R U A U R
V
电流表示数
IA IR
R测
UV IA
>
R真
UR IR
A R
测量值偏大,适于测量大阻值电阻.
说明：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小．所以该电
路适合测量大电阻，即
R R A
电阻的测量
伏安法测电阻
外接法
பைடு நூலகம்
误差来源 伏特表的分流
测量结果 R真＞R测
图
测得Rx的误差较100小0Ω,测量值Rx=
.
V
Rx
A
(a)
V
Rx
A
(b)
例5：为了测绘小灯泡的伏安特性曲线，下列实物连
小灯泡的伏安特性曲线
小灯泡的伏安特性曲线
小灯泡的伏安特性曲线是用來描述小灯泡特定工作條件下的特性的一種曲線，也即為小灯泡的電流-電壓的數學表示。
對於小灯泡的伏安特性曲线有兩個主要特征：線性特性和非線性特性。
當電壓大於電流時，小灯泡的伏安特性曲线呈線性，這表明小灯泡能充分地達到所需的輸入電壓和輸出電流。
当電壓小於電流時，小灯泡的伏安特性曲线呈著非線性，這表明電壓不足以提供足夠的電流，使小灯泡達到所需的功率級別，此時小灯泡將無法工作正常。
小灯泡的伏安特性受到許多因素的影響，這些因素各自可能對小灯泡的特性造成正或負的影響。
例如，溫度可影響小灯泡的伏安特性，當溫度升高時，小灯泡的伏安特性曲線將呈現出比一般更靠近線性的外觀，而當溫度降低時，小灯泡的伏安特性曲線則會變得更靠近非線性。
另外，時間也對小灯泡的伏安特性有影響。
由於小灯泡會因使用時間和次數而老化，因此其伏安特性會隨著時間而逐漸改變，尤其是在長時間工作時，小灯泡的伏安特性曲線會變成一條急劇低下的直線。
此外，小灯泡的材料也會影響它的伏安特性。
某種特定的材料可能具有更高或更低的電阻特性，以及更高或更低的耐久性。
在電路中，小灯泡的選擇對小灯泡伏安特性有重要影響，因此在選擇小灯泡時，必須對小灯泡材料及電路要求進行詳細分析，以確保小灯泡達到所需要的電流、電壓和功率要求。
小灯泡的伏安特性讲解
V
A
AБайду номын сангаас
R
E
S
控制电路（供电电路）：由电源、开关、滑动变阻器组成 分压式：可以提供从零开始连续变化的电压
四、实验步骤
1、设计实验电路
A V
AC B
S
2、实物连接 （1）连接实物图 （2）连接实物
五、设计记录表格
123456789…
U/V I/A
压，即会有直流电流通过。用电压表和电流表测量出
电压 U 和电流 I 的数值则可由欧姆定律计算出其电
阻值
Rx
U I
这种测量电阻的方法称为伏安法。用伏安法测电阻， 通常要测多组数据.
三、实验设计
1.实验器材 5V直流学生电源、小灯泡、电流表、电压表、滑动变 阻器、开关、导线。
2.实验电路设计
电流表的内、外接法（测量电压、电流电路）
线性元件 导体的伏安特性曲线为过原点的直线，即电流与电压成 正比的线性关系，具有这种特点的元件称为线性元件， 如温度变化较小时的金属导体、电解液等．
非线性元件 伏安特性曲线不是直线，即电流与电压不成正比的电学 元件，称为非线性元件，如气态导体、二极管等．
思考？
谢谢
六、实验结论及分析
描绘出的图线是一条 曲 线。它的斜率随电 压的增大而 减小 ，这表明小灯泡的电阻随电 压（ 温度? ）升高而 增大 。
I
0 U
图14—8—7
图14—8—6
分析原因：温度越高，小灯泡的电阻越大。
七、误差分析
1、读数时的视觉误差。
2、由于电压表的分流，使电流表的示数总大于流 过小灯泡的这时电流，从而产生误差。
高考实验专题：描绘小灯泡伏安特性曲线--解析版
描绘小灯泡伏安特性曲线—解析版1.〔2021全国理综I〕某同学探讨小灯泡的伏安特性，所运用的器材有：小灯泡L〔额定电压3.8V，额定电流0.32A〕：R〔阻值1000ΩΩ〕；电源E〔电动势5V，内阻不计〕；开关S；电压表V〔量程3V，内阻3kΩΩ〕;固定电阻导线假设干。
〔1〕试验要求能够实现在0~3V的范围内对小灯泡的电压进展测量，画出试验电路原理图。
〔2〕试验测得小灯泡伏安特性曲线如图〔a〕所示。
〔1〕由试验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________〔填“增大〞“不变〞或“减小〞〕，灯丝的电阻率______〔填“增大〞“不变〞或“减小〞〕。
EΩ〕和题给器材连接成图〔b〕所示的电路。
调整滑动变阻器R的阻值，可以变更小灯泡的〔2〕用另一电源实际功率。
闭合开关S，在R的变更范围内，小灯泡的最小功率为_____W，最大功率为_______W.〔结果均保存两位小数〕【参考答案】〔1〕电路如图〔2〕当滑动EΩ〕的伏安特性曲线，如图中曲线II所示，与小灯泡变阻器接入电路中的电阻为零时，在图〔a〕中画出电源伏安特性曲线的交点即为电路工作点，该点纵横坐标值的乘积等于小灯泡的最大功率，最大功率为P max=UI=3.62×0.318=1.17W。
2．〔2021广西五市考前联考〕在“描绘小灯泡的伏安特性曲线〞的试验中，需测量一个标有“3V ，1.5W 〞灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材： 直流电源〔电动势3.0V ，内阻不计〕电流表1A 〔量程3A ，内阻约0.1Ω〕 电流表2A 〔量程600mA ，内阻约5Ω〕 电压表1V 〔量程3V ，内阻约3kΩ〕 电压表2V 〔量程15V ，内阻约200kΩ〕滑动变阻器1R 〔阻值0~10Ω，额定电流1A 〕 滑动变阻器2R 〔阻值0~1kΩ，额定电流300mA 〕〔1〕在该试验中，电流表应选择_________〔填“1A 〞或“2A 〞〕，电压表应选择________〔填“1V 〞或“2V 〞〕，滑动变阻器应选择________〔填“1R 〞或“2R 〞〕〔2〕某同学用导线a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 和h 连接成如图甲所示的电路，假设用该电路测得灯泡的工作电压U 和电流I ，依据UR I计算此时灯泡的，那么灯泡电阻的测量值________真实值〔填“大于〞、“等于〞或“小于〞〕。
小灯泡伏安特性曲线(经典课件)
再
见
实验步骤
1、按照实验电路图连接电路 2、开始将滑动变阻器滑动触头放到阻值较小处，即开 始时变阻器输出电压接近零值。 3、闭合开关，将滑动触头开始向右滑动，即滑动变阻 器的阻值由小到大逐渐改变，读取12组左右不同 的U、I值，记录在表格内。 4、短开电键，拆除电路，整理器材。 5、在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，画出 IU曲线。 6、分析曲线变化规律
实目的
1、描绘小灯泡的伏安特性曲线
2、进一步理解部分电路欧姆定律
3、学会分析理论和实际出现误差的 思想方法
实验原理
1、根据部分电路欧姆定律，在纯电阻 电路中，由I=U/R，知I—U曲线是一 条过原点的直线，但由于电路中的其它 因素，I—U曲线不一定是直线。 2、实验中由于小灯泡电阻比较小，所 以采用安培表外接法。实验要作I—U图 象，要求测出12组包括零在内的电压、 电流值，因此变阻器要采用分压式接法。
12在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中图中给出了四个可能的实验电路图你认为最合理的实验电路图是3图甲是描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验电路图图乙是实验中所用各种元件的实物图请根据图甲的要求在图乙中画出实物连线图
我从事科学探究的动机，来自一种想 要了解自然奥秘无法遏止的渴望，而不是 别的什么目的。
—— 爱因斯坦
让我们携手并进，共渡一段美好时光。
描绘小灯泡的伏安特性曲线
物理组
导体中的电流 I跟导体两端的 电压U成正比， 跟导体的电阻R 成反比。这就是 我们初中学过的 欧姆定律。
乔治· 西蒙· 欧姆(1787～1854年) 德国物理学家
质
疑
1、什么是伏安特性曲线？曲线的斜率 表示什么？ 2、研究电器元件的伏安特性曲线有什 么实际意义？ 3、设想小灯泡的伏安特性曲线是什么 样的？
高考物理 50描绘小灯泡的伏安特性曲线实验精解分析
高考题精解分析：50描绘小灯泡的伏安特性曲线实验高频考点：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验动态发布：2011·福建理综卷21题（2）、2010浙江理综第21题、2010安徽理综第21题命题规律：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验是高考考查的重点和热点，考查描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的试题综合性强、难度中等。
命题分析考查方式一定性考查回旋加速器【命题分析】描绘小灯泡的伏安特性曲线实验由于要求小灯泡两端电压从零开始逐渐增大，所以必须采用分压电路；小灯泡的电阻一般只有几欧姆，所以采用电流表外接。
画元件两端电压从零开始的伏安特性曲线必须采用分压电路。
高考考查描绘小灯泡的伏安特性曲线实验难度中等。
例1（2011·福建理综卷21题（2））某同学在探究规格为“6V，3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：①在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至_______档进行测量。
（填选项前的字母）A.直流电压10VB.直流电流5mAC.欧姆×100D.欧姆× 1②该同学采用图甲所示的电路进行测量。
图中R为滑动变阻器（阻值范围0~20Ω,额定电流1.0A），L为待测小电珠，○V为电压表（量程6V，内阻20kΩ），○A为电流表（量程0.6A，内阻1Ω）,E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关。
Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最_ 端；（填“左”或“右”）Ⅱ.在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是______点至________点的导线没有连接好；（图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线）Ⅲ. 该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而____________。
（填“不变”、“增大”或“减小”）【解析】：由于小电珠的电阻一般不大，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至欧姆×1，选项D正确。
实验九描绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)实验中电源应选用________；电流表应选用 ________．
(2)在下面虚线框中画出实验电路图．可用的器材 有：电压表、电流表、滑线变阻器(阻值变化范围 0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关、导线若干．
(3)在下面坐标中画出小灯泡的U－I曲线．
(4)若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5 V、内阻 是1.0 Ω的电池两端，问小灯泡的实际功率是多少？ (简要写出求解过程，若需作图，可直接画在坐标 系中)
(1)安全性原则：通过电源、电阻、电流表、电 压表等的电流不能超过其允许的额定电流．
(2)精确性原则：根据实验的需要，选取精度合 适的仪器，以尽可能的减小实验误差．电压表、 电流表指针的偏角要大于满偏的三分之一．
(3)操作方便：实验时要调节方便，易于 操作，比如对滑动变阻器，如果是用分 压法连入电路的，则应选用小阻值的滑 动变阻器，只有这样，在移动滑片时， 相应的用电器上的电压变化才会明显； 如果选用大阻值的滑动变阻器，就会出 现在移动滑片时，刚开始时用电器上的 电压几乎不变，过了某位置后又突然增 大的现象，不易操作．
小灯泡 L，“3.8 V,0.3 A” 电压表 V，量程 0～5 V，内阻 5 kΩ 电流表 A1，量程 0～100 mA，内阻 4 Ω 电流表 A2，量程 0～500 mA，内阻 0.4 Ω 滑动变阻器 R1，最大阻值 10 Ω，额定电流 1.0 A 滑动变阻器 R2，最大阻值 5 Ω，额定电流 0.5 A 直流电源 E，电动势约为 6 V，内阻约为 0.5 Ω
学生电源(4～6 V直流)、小灯泡(4 V、0.7 A或 3.8 V、0.3 A)，电流表(内阻较小)、电压表(内 阻很大)，开关和导线、滑动变阻器、坐标 纸．
一、实验步骤
1.将灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电 源、开关用导线连接成如右图所示电路．
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①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若
滑变动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)，则必须选用分压式接法． 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，应改用分压
得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变
化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大 而烧坏灯丝．
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3．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． 4．电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的 额定电压而定，即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小电珠，选用 电压表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠，则选用 电压表的3 V量程． 5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值
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[答案] (1)见尝试解答 (2)ρa＝1.04×10 6Ω·m(0.96×10 6～1.10×10 6Ω·m)
－ － －
ρb＝9.6×10－8Ω·m(8.5×10－8～1.10×10－7Ω·m) ρc＝1.04×10－6Ω·m(0.96×10－6～1.10×10－6Ω·m) 金属丝 a 与 c 电阻率相同，远大于金属丝 b 的电阻率．
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(2011· 浙江高考)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关 系”实验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S＝0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路， M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上 可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I＝1.25 A，电压表读数U随OP间距离x的变化如表：
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(对应学生用书 P146)
一、实验目的 1．描绘小电珠的伏安特性曲线． 2．分析伏安特性曲线的变化规律．
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二、实验原理 1． 用电流表测出流过小电珠的电流， 用电压表测出小电珠 两端的电压，测出多组(U，I)值，在 U－I 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． 2． 电流表外接： 因为小电珠的电阻很小， 如果电流表内接， 误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连 续变化．
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(2012· 四川)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： 小灯泡 L，规格“4.0 V,0.7 A”； 电流表 A1，量程 3 A，内阻约为 0.1 Ω； 电流表 A2，量程 0.6 A，内阻 r2＝0.2 Ω； 电压表 V，量程 3 V，内阻 rV＝9 kΩ； 标准电阻 R1，阻值 1 Ω；
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2．两种接法的选择
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(2)两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电 阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)． 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器 的总电阻要大)． 如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调 节范围也比较大．Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压 的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．
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x/m m
600
700
800
900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100 2200 2300 2400 8.50 9.05 9.75
U/V 3.95 4.50 5.10 5.90 6.50 6.65 6.82 6.93 7.02 7.15 7.85
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限流接法 RE ≤U≤E R＋R0 E E ≤I≤ R R＋R0 b端
分压接法
对比说明 分压电路调节 范围大 分压电路调节 范围大 都是为了保护电路 元件
0≤U≤E E 0≤I≤ R a端
由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电 流的调节范围很大，限流式接法较节能．
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2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查
无误后，闭合开关S. 3．移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左中不同的电压 值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S. U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 I(A) U(V) 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I(A)
制电路构成，测量电路又由电表和被测元件构成，而控制电
路由变阻器、开关、电源构成．
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在测量电路中，一般有电流表内接和外接两种方式，对于 给定电表内阻的情况，应先比较 R0 与待测电阻 Rx 的关系，其 中 R0＝ RARV，若 Rx>R0，则设计为内接；若 Rx<R0，则设计 为外接；若电表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行 改装．
八、注意事项
1．电路的连接方式： (1)电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻 很小，与0～0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大． (2) 滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小电珠两端 的电压能从零开始连续变化． 2 ．闭合开关 S 前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分
电路．
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③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式
电路． ④两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、耗能低．
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五、实验步骤
1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑 动变阻器采用分压式接法，按下图中的原理图连接好实验电 路．
－
从 1000 mm 到 2000 mm 为金属丝 b，
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Ub＝(7.1－6.5) V＝0.6 V
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0.6×0.20×10 6 －8 ρb＝ Ω·m ＝ 9.6 × 10 Ω·m －3 1.25×2000－1000×10
－
从 2000 mm 到 2400 mm 为金属丝 c， Uc＝(9.7－7.1) V＝2.6 V 2.6×0.20×10－6 －6 ρ c＝ Ω·m ＝ 1.04 × 10 Ω·m －3 1.25×2400－2000×10 通过计算可知，金属丝 a 和 c 电阻率相同，远大于金属丝 b 的电阻率．
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在控制电路中，变阻器有分压式、限流式两种接法，若变 阻器阻值较小，一般设计为分压式；若变阻器阻值较大，一般 设计为限流式，在二者都可行时，应先考虑限流方式，但下面 三种情形必须设计为分压式接法： (1)数据要求从 0 开始；(2) 变阻器阻值太小、限流限不住；(3)变阻器调节时，不能获取有 区分度的多组数据．
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(1)绘出电压表读数U随OP间距离x的变化图线； (2)求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．
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[ 尝试解答 ]
(1) 建立 U － x 坐标系，进行描点、连线，得
到图线如图所示：
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记录I后马上断开开头．
6．误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折 线.
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(对应学生用书P147)
(2012· 高考安徽卷)下图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实 验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V.
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三、实验器材 小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表 (0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最 大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一
个、导线若干、坐标纸、铅笔．
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(1)完成下列实验步骤：
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①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，________； ③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡 灯丝的伏安特性曲线． (2)请画出与实物电路相应的电路图．