文档内容
实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线
一、基本原理与操作
原理电路图 操作要领
(1)连接电路：用导线进行实物连线
(2)测量与记录：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，填入自己设计的
表格中
(3)画图象：画I－U图线
二、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。
(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。
注意事项
1．电流表外接法：本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采
用电流表外接法。
2．滑动变阻器应采用分压式连接
3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a
端。加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，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。
热点一 教材原型实验
命题角度 实验原理及电路设计的考查
【例1】 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“2.5 V 0.5 A”
电流表G ：满偏电流为1 mA，内阻为30 Ω
1
电流表G ：满偏电流为10 mA，内阻为30 Ω
2
电压表V：量程3 V，内阻为9 kΩ
标准电阻R ：阻值1 Ω
1
标准电阻R ：阻值0.05 Ω
2
滑动变阻器R：阻值范围为0～10 Ω
学生电源E，电动势6 V，内阻不计
开关S及导线若干。
学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电
流表并设计电路。
(1)电流表应该选________，标准电阻应该选________。
(2)在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。
解析 绘制小灯泡的伏安特性曲线，需要测量小灯泡的电压和电流，电压表量程
3 V可以满足实验要求，电流表量程过小，需要并联小电阻以扩大量程。根据并联
分流规律可知，电流表G 与标准电阻R 并联，可将量程扩大到0.6 A，满足实验
1 2
需要。由于电流表和电压表内阻均已知，采用电流表内接或外接均可。答案 (1)G R (2)如图所示
1 2
命题角度 数据处理及实验结果的应用
【例2】 (2017·全国卷Ⅰ，23)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R (阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～
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1 a所示。
图1
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”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)用另一电源E (电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图b所示的电路，调
0
节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范
围内，小灯泡的最小功率为________ W，最大功率为________ W。(结果均保留2
位小数)
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R ＝＝ Ω＝11.875 Ω，
L所以＜，故电流表用外接法，如图所示。
(2)由I－U图象知，图象中的点与坐标原点连线的斜率在减小，表示灯泡的电阻
随电流的增大而增大，根据电阻定律R＝ρ知，灯丝的电阻率增大。
(3)当滑动变阻器的阻值最大为9.0 Ω时，电路中的电流最小，灯泡实际功率最小，
由E＝U＋I(R＋r)得I＝－U＋，作出图线①如图所示。
由交点坐标可得U ＝1.78 V，I ＝221 mA，P ＝U I ＝0.39 W；当滑动变阻器电阻
1 1 1 1 1
值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，由E＝U＋I(R＋r)得，I＝－U＋，即I＝－U＋
4，作出图线②如图所示。由交点坐标可得，U ＝3.68 V，I ＝0.318 A，最大的功率
2 2
为P ＝U I ＝1.17 W。
2 2 2
答案 (1)见解析 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17
热点二 实验拓展创新
【例3】 (2018·全国卷Ⅰ，23)某实验小组利用如图2(a)所示的电路探究在25 ℃
～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)
中的热敏电阻R ，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；
T
电压表 (量程150 mV)；定值电阻R (阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R (最大阻值为1
0 1
000 Ω)；电阻箱R (阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S ，单刀双掷开关S 。
2 1 2
实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S 与1端接
2
通，闭合S ，调节R 的滑片位置，使电压表读数为某一值U ；保持R 的滑片位置
1 1 0 1
不变，将R 置于最大值，将S 与2端接通，调节R ，使电压表读数仍为U ；断开
2 2 2 0S ，记下此时R 的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R 的阻值，直
1 2 2
至温度降到25.0 ℃。实验得到的R －t数据见下表。
2
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R /Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
2
回答下列问题：
(1)在闭合S 前，图(a)中R 的滑片应移动到________(填“a”或“b ”)端；
1 1
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R －t曲线；
2
图2
(3)由图(b)可得到R 在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性曲线。当t＝44.0 ℃时，可
T
得R ＝________ Ω；
T
(4)将R 握于手心，手心温度下R 的相应读数如图(c)所示，该读数为________ Ω，
T 2
则手心温度为________ ℃。
解析 (1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S 前，R 应该调节到接
1 1
入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R 的滑片应移到b端。
1
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可
能多的数据点画出R －t曲线。
2
(3)根据题述实验过程可知，测量的R 的数据等于对应的热敏电阻R 的阻值。由
2 T
画出的R －t曲线可知，当t＝44.0 ℃ 时，对应的R ＝450 Ω。
2 T
(4)由图(b)知R ＝620.0 Ω，由画出的R －t曲线可知，当R ＝620.0 Ω时，手心温度
2 2 2t＝33.0 ℃。
答案 (1)b (2)如图 (3)450 (4)620.0 33.0
1．如图3是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
图3
图4
(1)根据图3在虚线框内画出实验电路图；(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。所示读数为：①________、
②________、③________、④________。两组数据得到的电阻分别为________和
________。
解析 (1)由实物连接图可知电路图如图所示。
(2)电流表量程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，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0.27 V，根据欧姆定律R ＝＝＝8.3
1
Ω，R ＝＝ Ω＝2.7 Ω。
2
答案 (1)见解析 (2)①0.10 A ②0.24 A ③2.00 V
④0.27 V(0.27±0.01均可)；8.3 Ω(8.3±0.1均可)
2．7 Ω(2.7±0.1均可)
2．(2018·河南郑州一中)为描绘一只标有“2.5 V 0.75 W”字样的小灯泡的伏安
特性曲线，实验室提供了如下实验器材：
电压表V(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)；
电流表A (量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)；
1
电流表A (量程0～3 A，内阻约为10 Ω)；
2
滑动变阻器R (阻值0～10 Ω)；
1
滑动变阻器R (阻值0～100 Ω)；
2
干电池两节、开关S及导线若干。图5
图6
(1)为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表__________，滑动
变阻器__________。
(2)在图5所示虚线框内画出实验电路图。
(3)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示
数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是_____________________________。
(4)排除故障后，正确操作得到多组U、I数据，利用Excel软件描绘出小灯泡的伏
安特性曲线如图6所示。设小灯泡正常发光时的电阻为R ，小灯泡两端电压为
A
0.2 V时的电阻为R ，根据图象可以判断出R __________(填“大于”“等于”
B A
或“小于”)R 。
B
答案 (1)A R (2)如图
1 1
(3)小灯泡断路 (4)大于
3．某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内
阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。图7
(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图7(a)所
示，读数为________Ω。据此应选择图7中的 ________[填“(b)”或“(c)”]电路
进行实验。
(2)连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐
渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换
成元件Y，重复实验。
(3)图(d)是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或
“Y”)是非线性元件。
(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电
池的电动势E和内阻r，电路如图(e)所示。闭合S 和S ，电压表读数为3.00 V；断
1 2
开S ，读数为1.00 V，结合图(d)的数据可算得E＝________V，r＝________Ω(结
2
果均保留2位有效数字，视电压表为理想电压表)。
解析 (1)欧姆表的读数R＝示数×倍率，得R＝10 Ω；根据实验电路产生误差的
原因知应选用电流表外接，故选择“(b)”电路进行实验。(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R 增大，待测电阻两端的电压增大，所以
左
电流表的示数增大。
(3)根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且R ＝10 Ω。
X
(4)由闭合电路欧姆定律：
S 、S 均闭合，有U ＝R
1 2 1 X
S 闭合，S 断开，有U ＝R
1 2 2 X
解以上两式得
r＝0.50 Ω，E≈3.2 V
答案 (1)10 b
(2)增大
(3)Y
(4)3.2 0.50
