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第 34 讲 实验：描绘小电珠的伏安特性曲线
——划重点之精细讲义系列
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．
二．实验原理
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UI坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来．
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．
四．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，
按图中的原理图连接好实验电路．
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.
3．移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测
量数据填入表格中，断开开关S.
U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
I(A)
U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8
I(A)
4.拆除电路，整理仪器．
五．数据处理
1．在坐标纸上以U为横轴，以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．(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，就得到小电珠的伏安特性曲线．
六．注意事项
1．电路的连接方式
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】(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．
3．IU图线在U＝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
0
出现较大误差．
4．当小电珠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．
5．误差较大的点要舍去，IU图线应是平滑曲线而非折线．
七．误差分析
1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差．
2．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数．
3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差．
考点一 实验操作和器材的选取
【典例1】要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电
压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作．已选用的器材有：
电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω)；
电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω)；
电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；
电键一个、导线若干．
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)．
A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)
B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)
(2)实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)．
(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5
V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】仪器选择的一般顺序是先易后难．首先确定出必须使用而又不必选择的仪器，然
后以其为突破口，根据电路要求和电路计算，选择出电源、滑动变阻器、电流表、电
压表以及合理的量程．待测电阻的额定电流、额定电压(估算值)是选择合适量程的电流
表和电压表的重要依据．如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它
的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是
否调节方便的影响，一般来说如果是限流法选定比待测电阻大几倍的滑动变阻器，如
果是分压法选定阻值小的滑动变阻器．
考点二 数据处理和误差分析
【典例2】物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为
0.75 W，额定电压值已模糊不清．他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测
出该小灯泡的电阻约为2 Ω，然后根据公式计算出该小灯泡的额定电压U＝＝ V＝1.22
V．他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电
路，测量通过小灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制小灯泡的UI图线，
进而分析小灯泡的额定电压．
A．电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)
B．电流表A(量程150 mA，内阻约2 Ω)
1
C．电流表A(量程500 mA，内阻约0.6 Ω)
2
D．滑动变阻器R(0～20 Ω)
1
E．滑动变阻器R(0～100 Ω)
2
F．电源E(电动势4.0 V，内阻不计)
G．开关S和导线若干
H．待测小灯泡L(额定功率0.75 W，额定电压未知)
(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电
流表选择________(填“A”或“A”)；滑动变阻器选择________(填“R”或“R”)．
1 2 1 2
(2)在实验过程中，该同学将小灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到 1.23
V时，发现小灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现小灯泡已过亮，便立即断开开关，
并将所测数据记录在下边表格中.
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】次数 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.70
I/mA 80 155 195 227 255 279 310
请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的UI图线．
(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为________V；这一结果大于1.23 V，其原因
是___________________________.
在描点时，一是不要忘了(0,0)这个点，二是连线时用平滑的曲线连接，使尽量多
的点落在曲线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，较远的点舍去，三是理解好曲
线斜率的意义，如果是UI图线，斜率表示电阻，如果是IU图线，斜率表示电阻的倒
数．
考点三 实验改进 拓展创新
1．创新点分析
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘
泥教材，体现开放性、探究性等特点．
2．命题视角
视角1 以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系
视角2 图象法处理数据及实物连线
视角3 实验仪器的选择及控制电路的选择
视角4 数据处理方式的改进
采用“DIS”数字化实验系统进行实验数据的采集和处理．
【典例3】有一个标有“12 V 24 W”的电珠，为了测定它在不同电压下的实际
功率和额定电压下的功率，需测定电珠两端的电压和通过电珠的电流，现有如下器材：
A．直流电源15 V(内阻可不计)
B．直流电流表0～0.6 A、0～3 A(内阻约0.5 Ω、0.1 Ω)
C．直流电流表0～300 mA(内阻约5 Ω)
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】D．直流电压表0～3 V、0～15 V(内阻约3 kΩ、15 kΩ)
E．直流电压表0～25 V(内阻约200 kΩ)
F．滑动变阻器10 Ω、5 A
G．滑动变阻器1 kΩ、3 A
(1)实验台上已放置开关、导线若干及电珠，为了完成实验，需要从上述器材中再
选用________(用序号字母表示)．
(2)在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图．
(3)若测得灯丝电阻R随电珠两端电压变化关系的图线如图所示，由这条曲线可得
出：正常发光条件下，灯丝消耗的电功率是________．
【典例1】电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学
利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：
待测电压表V(量程3 V，内阻约为3 000 Ω)，电阻箱R(最大阻值为99 999.9 Ω)，
0
滑动变阻器R(最大阻值100 Ω，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关
1
两个，导线若干．
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完
整．
(2)根据设计的电路，写出实验步骤：
________________________________________________
________________________________________________.
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为 R ′，与电压表内阻的真实值 R 相比，
V V
R ′________R ( 填 “ ＞ ” “ ＝ ” 或 “ ＜ ” ) ， 主 要 理 由 是
V V
__________________________________________.
【典例2】二极管是一种半导体元件，电路符号为 ，其特点是具有单向导电性．
某实验小组要对一只二极管正向接入电路时的伏安特性曲线进行测绘探究．据了解，
该二极管允许通过的最大电流为50 mA.
(1)该二极管外壳的标识模糊了，同学们首先用多用电表的欧姆挡来判断它的正、
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】负极：当将红表笔接触二极管的左端、黑表笔接触二极管的右端时，发现指针的偏角
比较小，当交换表笔再次测量时，发现指针有很大偏转，由此可判断________(填
“左”或“右”)端为二极管的正极．
(2)实验探究中他们可选器材如下：
A．直流电源(电动势3 V，内阻不计)
B．滑动变阻器(0～20 Ω)
C．电压表(量程15 V、内阻约80 kΩ)
D．电压表(量程3 V、内阻约30 kΩ)
E．电流表(量程0.6 A、内阻约1 Ω)
F．电流表(量程50 mA、内阻约50 Ω)
G．待测二极管
H．导线、开关
为了提高测量精度，电压表应选用________，电流表应选用________．(填字母序
号)
(3)实验中测得的数据如下表，请在图坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线.
电流I/mA 0 0 0.2 1.8 3.9 8.6 14.0 21.8 33.5 50.0
电压U/V 0 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50
(4)同学们将该二极管与阻值为100 Ω的定值电阻串联后接到输出电压恒为3 V的
电源两端，则二极管导通时定值电阻的功率为________W.
1．（2023·全国·统考高考真题）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为
3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为 ，电流表内阻约为 ．
实验中有图（a）和（b）两个电路图供选择。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图
是图 （填“a”或“b”）
（2）若选择另一个电路图进行实验，在答题卡所给图上用实线画出实验中应得到的关
系曲线的示意图 。
2．（2021·全国·高考真题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器
材有：
小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）
电压表（量程300mV，内阻300 ）
电流表（量程300mA，内阻0.27 ）
定值电阻R
0
滑动变阻器R（阻值0-20 ）
1
电阻箱R（最大阻值9999.9 ）
2
电源E（电动势6V，内阻不计）
开关S、导线若干。
完成下列填空：
（1）有3个阻值分别为10 、20 、30 的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流
在0~300mA的U-I曲线，R 应选取阻值为 的定值电阻；
0
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的 （填“a”或“b”）
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】端；
（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R 的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的
2
位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流
为10mA时，小灯泡的电阻为 （保留1位有效数字）；
（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将
R 的阻值调整为 。然后调节滑动变阻器R，测得数据如下表所示：
2 1
U/mV 24.0 46.0 76.0 110.0 128.0 152.0 184.0 216.0 250.0
I/mA 140.0 160.0 180.0 200.0 220.0 240.0 260.0 280.0 300.0
（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻
（填“增大”“减小”或“不变”）；
（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡
电功率P= W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯
1
泡的电功率为P，则 = （保留至整数）。
2
3．（2021·河北·高考真题）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（ ， ），直流电源（ ），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1所示。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】（1）根据图1，完成图2中的实物连线 ；
（2）按照图1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
图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为
（保留三位有效数字）。
4．（2020·江苏·统考高考真题）某同学描绘一种电子元件的 关系图象，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 ），R为滑动变阻器（最大阻值 ）， 为
定值电阻，S为开关。
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】(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 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流 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 图线 。
(3)根据作出的 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 ，会导致的两个后果是
。
A．电压和电流的测量误差增大
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】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
5．（2020·全国·统考高考真题）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，
1 g1 2
内阻R =1.0 Ω）、定值电阻R（阻值R=10.0 Ω）、滑动变阻器R（最大阻值10 Ω）、
g2 0 0 1
电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、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
1 2 1 2 1 2 g1 0
端的电压U= ，流过小灯泡的电流I= 。为保证小灯泡的安全，I 不能超
1
过 mA。
（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
0
线，所用电阻的阻值不能小于 Ω（保留1位小数）。
1．“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路如图所示，所用小灯泡的额定电压
是3.8 V．关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是( )
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】A．系统误差主要是由电压表的分流引起的
B．系统误差主要是由电流表的分压引起的
C．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的
D．系统误差主要是由读数时的估读引起的
2．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.
(1)完成下列实验步骤：
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)在线框中画出与实物电路相应的电路图．
3．某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数
据尽量精确、绘制曲线完整．可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：
电压表V(量程0～3 V，内阻等于3 kΩ)
1
电压表V(量程0～15 V，内阻等于15 kΩ)
2
电流表A(量程0～200 mA，内阻等于10 Ω)
1
电流表A(量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω)
2
滑动变阻器R(0～10 Ω，额定电流2 A)
1
滑动变阻器R(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)
2
定值电阻R(阻值等于1 Ω)
3
定值电阻R(阻值等于10 Ω)
4
定值电阻R(阻值等于1 kΩ)
5
电源E(E＝6 V，内阻不计)
(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁．
(2)该同学描绘出的IU图象应是图中的________．
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】4．如图甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I ，R为定值电阻，电流
0
表、电压表均可视为理想电表．某同学利用该电路研究滑动变阻器R 消耗的电功率．
L
改变R 的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线．
L
回答下列问题：
(1)滑动触头向下移动时，电压表示数________(填“增大”或“减小”)．
(2)I＝________A.
0
(3)R 消耗的最大功率为________W(保留一位有效数字)．
L
5．某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，
现已完成部分导线的连接．
(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐
增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；
(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；
(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同
的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠
的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)．
6．现要测定一个额定电压2.5 V、额定功率约0.7 W的小灯泡的伏安特性曲线．
(1)为了测量的电压能从零开始，测量误差较小，请在图甲中连好实物电路图．
(2)合上开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于滑动变阻器的________(填“左端”
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】或“右端”)．
(3)根据实验数据，描绘出的UI图象如图乙所示，由图可知，当灯泡的电压为1.80
V时，小灯丝电阻为________Ω，小灯泡的功率为________W(结果保留两位有效数字)．
(4)由图乙可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系，符合该关系的图象是图
丙中的________．
7．有一个小灯泡上标有“4.8 V,2 W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电
功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线．有下列器材可供
选用：
A．电压表V(0～3 V，内阻3 kΩ)
1
B．电压表V(0～15 V，内阻15 kΩ)
2
C．电流表A(0～0.6 A，内阻约1 Ω)
D．定值电阻R＝3 kΩ
1
E．定值电阻R＝15 kΩ
2
F．滑动变阻器R(10 Ω，2 A)
G．学生电源(直压6 V，内阻不计)
H．开关、导线若干
(1)实验中所用电压表应选用________，定值电阻应选用________(均用序号字母填
写)；
(2)为尽量减小实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在方框内画出满足实
验要求的电路图；
(3)利用上述实验电路图测出的电压表读数U 与此时小灯泡两端电压U的定量关
V
系是________，下图的四个图象中可能正确的是________．
资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】资料整理【淘宝店铺：向阳百分百】
