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实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
目标要求 1.会选择实验器材、控制电路及测量电路.2.会根据电路进行正确的实物连线.
3.会实验操作并描绘出小电珠的伏安特性曲线．
实验技能储备
1．实验原理
(1)实验原理图：如图甲；
(2)测多组小电珠的U、I的值，并绘出I－U图象；
(3)图线的斜率反映电流与电压的关系．
2．实验器材
小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“0～3 V～15 V”、电流表“0～0.6 A～3 A”、滑动变阻器、
学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
3．进行实验及数据处理
(1)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如图乙所示的
电路．
(2)移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填
入自己设计的表格中．
(3)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，得到小电珠的伏安特性曲线．
4．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，与量程为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接法：目的是使小电珠两端的电压能从0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得电压为 0的一端，使开关闭合时
小电珠的电压能从0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．
5．误差分析
(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的
分流，使测得的电流值大于真实值．
(2)测量时读数带来误差．
(3)在坐标纸上描点、作图带来误差．
考点一 教材原型实验
例1 (2021·河北卷·11)某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有：小灯泡
(6.3 V,0.15 A)，直流电源(9 V)，滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干．
设计的电路如图甲所示．
(1)根据图甲，完成图乙中的实物连线；
(2)按照图甲连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能
是________(单项选择，填正确答案标号)；
A．电流表短路
B．滑动变阻器的滑片接触不良
C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端
(3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I－U图象，其
中一部分如图丙所示，根据图象计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为________ Ω(保留三
位有效数字)．答案 (1)见解析图 (2)C (3)27.0
解析 (1)电流表负极与滑动变阻器右端的b位置连接，如图所示
(2)闭合开关，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大．
电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；
滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；
滑动变阻器的滑片开始时置于b端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断
小灯泡灯丝，C正确．
(3)根据小灯泡的伏安特性曲线可知在P点时的电压和电流分别为U＝2 V，I＝74 mA
根据欧姆定律I＝可知小灯泡的电阻为
R＝＝ Ω≈27.0 Ω.
例2 (2020·全国卷Ⅱ·23)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性．所用器材有：
电流表A(量程200 mA，内阻R ＝10.0 Ω)，电流表A(量程500 mA，内阻R ＝1.0 Ω)、定
1 g1 2 g2
值电阻R(阻值R ＝10.0 Ω)、滑动变阻器R(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V，内阻很
0 0 1
小)、开关S和若干导线．该同学设计的电路如图(a)所示．
(1)根据图(a)，在图(b)的实物图中画出连线．(2)若I 、I 分别为流过电流表A 和A 的电流，利用I 、I 、R 和R 写出：小灯泡两端的电
1 2 1 2 1 2 g1 0
压U＝______，流过小灯泡的电流I＝_______.为保证小灯泡的安全，I 不能超过______ mA.
1
(3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零．逐次改变滑动变阻器滑
片位置并读取相应的I 和I.所得实验数据在下表中给出．
1 2
I/mA 32 55 85 125 144 173
1
I/mA 171 229 299 379 424 470
2
根据实验数据可算得，当I＝173 mA时，灯丝电阻R＝________ Ω(保留1位小数)．
1
(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R ，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所
0
用电阻的阻值不能小于________ Ω(保留1位小数)．
答案 (1)见解析图 (2)I(R ＋R) I－I 180 (3)11.6 (4)8.0
1 g1 0 2 1
解析 (1)如图所示
(2)小灯泡两端的电压跟A 与R 两端电压的和相等，即U＝I(R＋R )
1 0 1 0 g1
流过A 的电流I 等于流过A 的电流I 及流过小灯泡的电流的和，故I＝I－I.
2 2 1 1 2 1
小灯泡的额定电压为3.6 V，为保证安全，与小灯泡并联支路的电压最高不能超过3.6 V，
即I (R＋R )＝3.6 V
1m 0 g1
则I ＝＝＝0.18 A＝180 mA.
1m
(3)当I＝173 mA时，I＝470 mA
1 2
此时小灯泡两端的电压U ＝I(R＋R )＝0.173×(10.0＋10.0) V＝3.46 V，
L 1 0 g1
流过小灯泡的电流I ＝I－I＝470 mA－173 mA＝297 mA＝0.297 A，
L 2 1
灯丝电阻R＝＝ Ω≈11.6 Ω.
(4)画完整的伏安特性曲线就是把0～3.6 V对应的I－U曲线画出来，当U＝3.6 V时，通过
A 的电流不能超过量程200 mA，R ＋R ＝，R ＝－R ＝ Ω－10.0 Ω＝8.0 Ω.
1 g1 min min g1
考点二 探索创新实验
例3 LED灯的核心部件是发光二极管．某同学欲测量一只工作电压为2.9 V的发光二极管
的正向伏安特性曲线，所用器材有：电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(用多用电表的直流25 mA挡替代，内阻约为5 Ω)，滑动变阻器(0～20 Ω)，电池组(内阻不计)，开关和导线
若干．他设计的电路如图(a)所示．回答下列问题：
(1)根据图(a)，在实物图(b)上完成连线；
(2)调节滑动变阻器的滑片至最________端(填“左”或“右”)，将多用电表选择开关拨至直
流25 mA挡，闭合开关；
(3)某次测量中，多用电表示数如图(c)，则通过二极管的电流为________ mA；
(4)该同学得到的正向伏安特性曲线如图(d)所示．由曲线可知，随着两端电压增加，二极管
的正向电阻________(填“增大”“减小”或“不变”)；当两端电压为2.9 V时，正向电阻
________ kΩ(结果保留两位有效数字)；
(5)若实验过程中发现，将滑动变阻器滑片从一端移到另一端，二极管亮度几乎不变，电压
表 示 数 在 2.7 ～ 2.9 V 之 间 变 化 ， 试 简 要 描 述 一 种 可 能 的 电 路 故 障 ：
________________________
________________________________________________________________________.
答案 (1)连线见解析图 (2)左 (3)16.0 (4)减小 0.15(0.14～0.16) (5)连接电源负极与滑
动变阻器的导线断路解析 (1)根据多用电表红黑表笔的接法“红进黑出”可知，黑表笔接二极管，红表笔接滑
动变阻器，滑动变阻器采用分压式接法，则连线如图：
(2)为保护电路，开关闭合前需将滑动变阻器的滑片置于最左端；
(3)多用电表所选量程为25 mA，则电流表读数为16.0 mA；
(4)I－U图象中，图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图(d)可知，随着
电压的增加，斜率逐渐增大，则二极管的电阻逐渐减小；当二极管两端电压为2.9 V时，通
过二极管的电流为19.0 mA，则电阻大小为R＝≈0.15 kΩ(答案在0.14～0.16 kΩ范围内均可)；
(5)由于二极管的正向电阻约为0.15 kΩ，远大于滑动变阻器的最大阻值，因此若实验中，将
滑动变阻器滑片从一端移到另一端，二极管亮度几乎不变，电压表示数在 2.7～2.9 V之间变
化，则有可能是滑动变阻器与二极管串联，导致电路中总电阻较大，总电流较小，所以电压
表的示数变化较小，故故障可能是连接电源负极与滑动变阻器的导线断路．
例4 某同学在实验室发现一废旧电阻元件，其上标注“2.5 V 1.2 W”的字样，为探究该
元件的伏安特性，该同学在实验室找到了下列实验器材：
A．直流电源(电动势E＝3 V，内阻不计)
B．电流表(量程0～3 mA，内阻为1 Ω)
C．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
D．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω，允许通过的最大电流为0.6 A)
E．滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω，允许通过的最大电流为0.6 A)
F．定值电阻(阻值为999 Ω)
G．定值电阻(阻值为99 Ω)
H．开关、导线若干
(1)电流表应选________；由于没有电压表，应将电流表________和定值电阻________串联
后作为电压表使用；滑动变阻器应选________．(填写器材前的字母标号)
(2)如图甲所示为该同学连接的部分电路，请你帮助他完成剩余部分的连线．(3)该同学通过实验得到该元件的U－I图线如图乙所示，由图线可知，该元件的阻值随温度
的升高而________(选填“增大”“不变”或“减小”)，若将该元件直接接到电动势为1.5
V、内阻为2 Ω的电源上，该元件消耗的功率为________．
答案 (1)C B F D (2)见解析图 (3)增大 0.28 W
解析 (1)根据I＝＝0.48 A，实验中电流表选用量程为0～0.6 A的电流表C，需将另一电流
表B和定值电阻串联改装为量程为3 V的电压表，串联电阻阻值R＝＝999 Ω，即需要定值
电阻F，描绘该元件的U－I图线时，电压应从零开始测量，故应采用分压电路，为了便于
操作，滑动变阻器选择D.
(2)实物连线中，由于待测元件阻值较小，电流表分压作用明显，故电流表应采用外接法．
(3)从题图乙中图线判断，电流增大，元件的阻值增大，直接接在电源上时，对电源有U＝
1.5－2I(V)，作出此时该电源的U－I图线，如图所示两图线的交点即为元件的实际电流与电压，故该元件消耗的功率
P＝UI ＝0.8×0.35 W＝0.28 W.
1
课时精练
1．(2020·江苏卷·10)某同学描绘一种电子元件的I－U关系图象，采用的实验电路图如图甲
所示， 为电压表， 为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值为
20 Ω)，R 为定值电阻，S为开关．
0
(1)请用笔画线代替导线，将图乙所示的实物电路图连接完整．
(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．
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R，会导致的两个后果是________．
0
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)如图(a)所示 (2)如图(b)所示 (3)非线性 (4)BC
2．在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5 V，所供选择的器材
除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：
A．电源E(电动势3.0 V，内阻可忽略)B．电压表V(量程3 V，内阻约为2 kΩ；量程15 V，内阻约为10 kΩ)
C．电流表A(量程0.6 A，内阻约为1 Ω；量程3 A，内阻约为0.2 Ω)
D．滑动变阻器R(阻值不清，允许通过最大电流2 A)
1
E．滑动变阻器R(阻值不清，允许通过最大电流2 A)
2
(1)因两个滑动变阻器铭牌上标注的电阻值看不清楚，组内同学对滑动变阻器的选择展开讨
论．甲同学提出：先用电源E、小灯泡、电压表和滑动变阻器组成如图甲所示电路，分别接
入滑动变阻器R 和R ，移动滑动变阻器滑动触头调整小灯泡的两端电压，获得电压表示数
1 2
U随aP间距离x的变化图线．按甲同学的意见，实验得到的U－x图线如图乙所示，则说明
R 的总阻值________(填“大于”“小于”或“等于”)R 的总阻值，为方便调节应选用滑动
2 1
变阻器________(填“R”或“R”)．
1 2
(2)正确选择滑动变阻器后，根据实验要求用笔画线代替导线在图丙中完成余下导线的连接；
某次测量时电流表和电压表的示数如图丁所示，则电流I＝________ A，电压U＝________
V.
(3)实验测得该小灯泡的伏安特性曲线如图戊所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯
泡的阻值________(选填“增大”“减小”或“不变”)．
(4)若将该小灯泡直接与电动势为2.5 V、内阻为5 Ω的电源组成闭合回路．根据图象判断，
小灯泡的实际功率为________ W(结果保留两位有效数字)．
答案 (1)小于 R (2)见解析图 0.20 0.50 (3)增大 (4)0.30
2解析 (1)根据题图甲所示分压式电路，可知当aP间距离x较小时，滑动变阻器的最大阻值
越大，aP段的分压U越小，故根据题图乙中U随aP间距离x的变化图线可知，R 的总阻值
2
小于R 的总阻值，作为分压用的滑动变阻器在保证安全的前提下，应选择最大阻值较小的
1
滑动变阻器，即R；
2
(2)连线如图
根据题图丁电流表和电压表的示数可得电流和电压为
I＝0.20 A
U＝0.50 V
(3) 根据题图戊所示的小灯泡的伏安特性曲线，可知随着电流的增加小灯泡的阻值增大；
(4)将该小灯泡直接与电动势为2.5 V、内阻为5 Ω的电源组成闭合回路后，小灯泡电流与电
压的关系式为
I＝＝0.5－(A)
在该小灯泡的伏安特性曲线中画出电源的I－U图线，如图所示
两图线相交于(1.0 V,0.3 A)，所以此时小灯泡的功率为
P＝UI＝1.0×0.3 W＝0.30 W.
1 1
3．(2022·四川巴中市“零诊”)现在学生中非常流行使用“手持USB便携小风扇”，王菲想
用学过的电学知识测量一个标有“4 V,2.4 W”手持小风扇的伏安特性曲线，她选用实验器
材组成电路．让电扇两端的电压从0逐渐增加到4 V．实验室中有如下器材可选用：A．电池组(电动势为5 V，内阻约为1 Ω)
B．被测小电风扇
C．电流表A(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)
1
D．电流表A(量程为0～3 A，内阻约为0.05 Ω)
2
E．毫安表A(量程为4 mA，内阻60 Ω)
3
F．滑动变阻器R(最大阻值为5 Ω，标定电流为1 A)
1
G．滑动变阻器R(最大阻值为2 000 Ω，标定电流为0.3 A)
2
H．定值电阻R＝940 Ω，R＝6 Ω
3 4
I．开关和导线若干
(1)实验中电流表应选______(填“C”或“D”)，滑动变阻器应选______(填“F”或
“G”)；
(2)她想得到一个量程是4 V的电压表，则应将定值电阻________(填“R”或“R”)与毫安
3 4
表A________(填“串联”或“并联”)；
3
(3)她测出小风扇的伏安特性曲线如图所示，发现OA段是直线，其余为曲线，则小风扇电线
绕组的电阻是________ Ω；
(4)她发现配备的充电电池标有“2 400 mAh”字样，则该电池可以使该电扇正常工作
________小时．
答案 (1)C F (2)R 串联 (3)2.5 (4)4
3
解析 (1)电风扇的额定电流I＝＝0.6 A，电流表选择C；
由于要电压从0开始增加，应采用分压式接法，则滑动变阻器选择总电阻为5 Ω的，即选择
F.
(2)毫安表A(量程为4 mA，内阻60 Ω)，想得到一个量程是4 V的电压表，则应串联一电阻
3
分压，分压电阻R＝ Ω＝940 Ω，故应串联R.
3
(3)OA段是直线，其余为曲线，结合图象可知电压表读数小于0.5×10－3×(940＋60) V＝0.5V时电风扇没转动．根据欧姆定律得R＝ Ω＝2.5 Ω.
(4)电风扇正常工作时的功率P＝2.4 W，充电电池标的容量为W＝UIt＝4×2.4×3 600 J＝34
560 J
根据t＝得该电池可以使该电风扇正常工作时间t＝ s＝4 h.
4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验室提供了如下器材：
A．小灯泡(3 V,1.8 W)
B．电压表(量程0～3 V，内阻约为20 kΩ)
C．电流表(量程0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω，2 A)
E．电源(电动势3 V，内阻不计)
F．开关及导线若干，坐标纸
实验中要求小灯泡两端的电压从零开始测量，尽可能准确调节，测量多组对应的U、I值．
如图甲所示，一组同学已经完成导线的连接．
(1)按图甲所示连接好电路，不闭合开关，滑动变阻器的滑片在中间位置时，电压表示数
________(选填“为零”或“不为零”)．
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端的过程中，灯泡亮度变化情况是
________．
(3)指出图甲中该组同学连接错误的两条导线：________(填导线编号)．
(4)图乙中a图线是改正错误后描出的灯泡的U－I图线，b图线是另一个电源的路端电压U
与电源电流I的图线．如果将一个这样的灯泡与该电源连成闭合电路，则该灯泡消耗电功率
为________ W；如果将两个这样的灯泡串联接在该电源上，则每个灯泡消耗的电功率为
________ W．(结果均保留两位小数)
答案 (1)不为零 (2)先变暗后变亮 (3)5、6 (4)1.05 0.46解析 (1)由实物电路图可知，开关不能控制分压电路的接通和断开，不闭合开关，滑动变
阻器的滑片在中间位置时电压表示数不为零．
(2)由实物电路图可知，闭合开关，滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端的过程中，滑动
变阻器接入电路的总阻值先增大后减小，流过灯泡的电流先减小后增大，灯泡实际功率先减
小后增大，灯泡先变暗后变亮．
(3)在描绘灯泡的伏安特性曲线的实验中，要求电压从零开始测量，滑动变阻器应采用分压
式接法，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，所以连线5、6错误．
(4)由图象可知，电路中有一个灯泡时，此时灯泡两端电压为 2.1 V，流过灯泡的电流为0.5
A，灯泡实际功率为P＝UI＝2.1×0.5 W≈1.05 W，由图线a、b可知，电源电动势为E＝3.0
V，电源内阻为r＝||＝ Ω＝1.80 Ω，当两灯泡串联接在电源上时，设每个灯泡两端的电压为
U，流过每个灯泡的电流为I，则U＝－I＝1.5－0.9I (V)，在图象中作出U＝1.5－0.9I (V)图
象如图线c所示，由图线a、c可知，此时灯泡两端电压为1.14 V，通过灯泡的电流为0.4
A，则灯泡的功率为P′＝U′I′＝1.14×0.4 W≈0.46 W.
