这是第 22 届高中物理轮复习 实验 9 描绘了一个小灯泡的伏安曲线（42 张 PPT 张），共 42 页。PPT课件主要包括内容索引、必备知识计划自我诊断、关键胜任力突破学习计划等，欢迎下载使用。
1. 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。2.实验原理1：测量多组小电珠的U和I值，绘制I-U图像。2. 图像的斜率反映了电流和电压之间的关系。
3. 实验设备：学生电源（4~6 V DC）或电池组、小电珠（3.8 V，0.3 A）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸和电线。四、实验步骤 1.连接电路 2.移动滑动变阻器滑块的位置，测量多组电压值 U 和电流值 I 并填写表格。3. 拆解电路并整理仪器。
5. 数据处理 1.在坐标图纸上建立一个坐标系，以 U 为横轴，I 为纵轴。2. 在坐标图纸上描摹每组数据对应的点。3. 用平滑的曲线连接跟踪点，得到小电珠的伏安特性曲线。6. 误差分析 1.系统误差：仪表内阻对电路的影响引起的误差。2、意外误差：（1）电压表和电流表的读数引起的误差。（2） 由于跟踪点和在坐标纸上绘图而引起的错误。
7. 注意事项 1.电流表的外接方法：本实验中测得的小珠丝的电阻值很小，因此测量电路必须采用电流表的外接方法。2. 滑动变阻器应通过分压连接，本实验应制作 I-U 图像，并测量包括零在内的一组电流和电压值，因此必须通过分压接方法连接控制电路。3、保护元件安全：在合闸开关S之前，应将滑动变阻器的滑片移至小磁珠电压为零的一端，以防止在开关刚合闸时，因小磁珠两端电压过高而烧坏灯丝。
一、实验设备的原则及注意事项： 一、仪器选型的一般步骤： （1）首先，选择独特的设备;（2）电路图粗略（暂时不要连接电流表和电压表）;（3）估计电路中电流和电压的最大值，当仪表指针偏转较大但不超出其范围时，结合已知设备的规格确定实验电路和实验设备。2、实验设备要求：（1）电源的最大允许电流不得小于电路中的实际最大电流。（2） 电器的额定电流不得小于通过电器的实际最大电流。（3） 电压表或电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值。（4） 电压表或电流表的指针应偏转到满量程以上。
2. 实验电路设计 1.对于教科书中的实验，由于小灯泡的电阻比较小，通常采用电流表的外接方式，而且因为小灯泡两端加的电压要求从零开始，所以控制电路中使用的滑动变阻器采用了局部压接法。在画出灯泡的伏安曲线后，有时需要利用小灯泡的伏安曲线来解决其他问题，这需要结合上述伏安特性进行数据分析和处理。2、在其他伏安测量电路中，一般有内电流表和外电流表两种方法，对于给定电表的内阻情况，应首先比较 R0 与被测电阻 Rx 的关系，其中。如果 Rx>R0，则设计为内部电流表;如果Rx3控制电路有滑动变阻器分压器和限流型两种连接方式，则两种连接方式的选择方法如下：（1）当采用限流连接方式时，不能控制电流（或电压）以满足实验要求，即将滑动变阻器的电阻值调整到最大， 并且被测电阻上的电流（或电压）仍然超过电流表（或电压表）的范围，或超过被测电阻的额定电流（或额定电压），则必须选择分压器连接方式。（2）如果被测电阻的电阻值远大于滑动变阻器的最大电阻，以至于在限流电路中，当滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，被测电阻上的电流或电压变化范围不够大， 此时，应改用分压器连接方法。（3） 如果测试要求测量电路中的电压从零开始连续变化，则必须采用分压器连接方法。（4）当两个电路都可以使用时，应优先选择限流连接方式，因为限流连接电路简单，能耗低。
3、实验的创新是立足于本实验的背景，通过改变实验条件，设定实验仪器的新话题，不偏离教材，不拘泥于教材，体现出开放性和探索性的特点。1. 根据实验原理和实验方法，探究了小灯泡的功率和电压之间的关系。2、实验对象的变更（实验对象变更后，需要注意电流表的连接方法）。
3. 数据处理方法的改进：采用“DIS”数字实验系统对实验数据进行采集和处理。
【例1】（2020年全国第二卷）学生想要研究小灯泡 L （3.6 V， 0.30 A） 的伏安特性。使用的设备有：电流表 A1（量程 200 mA，内阻 Rg1 = 10.0 Ω）、电流表 A2（量程 500 mA，内阻 Rg2 = 1.0 Ω）、恒定电阻 R0（电阻值 R0 = 10.0 Ω）、滑动变阻器 R1（最大电阻值 10 Ω）、电源 E（电动势 4.5 V，内阻非常小）、开关 S 和多根电线。学生设计的电路如图 A 所示。（1） 根据图 A，在图 B 的物理图中画一条连接线。
（2） 如果 I1 和 I2 分别是流过电流表 A1 和 A2 的电流，用 I1、I2、Rg1 和 R0 写出：小灯泡 U= 两端的电压，以及流过小灯泡 I= 的电流。为保证小灯泡的安全，I1 不能超过 mA。（3） 实验过程中，调整滑动变阻器，使开关闭合后两个电流表的指示为零。逐个改变滑动变阻器的滑片位置，并读取相应的 I1 和 I2。所得实验数据如下表所示。根据实验数据，当 I1 = 173 mA 时，细丝电阻 R = Ω（保留小数点后一位）。（4） 如果固定值电阻 R0 被另一个电阻代替，另一个电阻不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的电阻值不能小于 Ω（保持一个小数位）。
答案： （1） 如图： （2） I1 （Rg1 + R0） I2-I1180 （3） 11.6 （4） 8.0
分析（1）注意连接不宜交叉，仪表的正极接线柱应与电源的正极相连。（2）按串并联关系，并联电压相等，小灯泡两端的电压为U=I1（Rg1+R0）;并联电路的主电路电流等于支路电流之和，与流过小灯泡的电流 I=I2-I1;小灯泡的额定电压为 3.6 V，代入 U=I1（Rg1+R0） 后，I1 的最大值为 180 mA。
思考点拨 已知内阻的电流表与固定电阻串联，不仅可以测量电流，还可以计算电压;要测量完整的伏安特性曲线，灯泡两端的电压应至少为 3.6 V，因此电流表与固定值电阻器串联时可以承受的电压不应小于 3.6 V。
【例 2】（2017 年全国第一卷）一名学生研究了小灯泡的伏安特性，使用的设备是：小灯泡 L（额定电压 3.8 V，额定电流 0.32 A）;电压表（范围 3 V，内阻 3 kΩ）;电流表（范围 0.5 A，内阻 0.5 Ω）;固定电阻 R0 （电阻值 1 000 Ω）;滑动变阻器 R（电阻 0~9.0 Ω）;电源 E（电动势 5 V，内阻不计算在内）;开关 S;许多电线。（1）实验要求可在0~3.8 V范围内测量小灯泡的电压，并绘制实验电路原理图。
（2） 小灯泡的伏安特性曲线如图 A 所示。
从实验曲线中可以看出，随着电流的增加，小灯泡的电阻值（填入“增加”、“常数”或“减少”），以及细丝的电阻率（填入“增加”、“常数”或“减少”）。
（3） 将另一个电源 E0（电动势 4 V，内阻 1.00 Ω）和设备连接到图 B 所示电路，调整滑动变阻器 R 的电阻值，并改变小灯泡的实际功率。关闭开关 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。（所有结果保持小数点后 2 位）。
答案 （1） （2） 增加 （3） 0.391.17 分析 （1） 由于电压调节范围大，所以使用分压器类型。电压表的范围仅为 3 V，因此需要将其从 R0 系列转换为范围为 4 V 的电压表。小灯泡的电阻小 （），因此采用外部连接方法。
（2） 连接 I-U 绘图线上的点与原点的线的斜率表示该状态下灯泡电阻的倒数。随着电流的增加，连接到原点的线路的斜率减小，因此电阻增加。因此，电阻率增加。
（3） 当 R=9 Ω时，灯功率最小，电阻 R 和电源视为一个整体。U=E-I（R+r），所以 U=4 V-10 Ω·I、映射法发现，灯泡功率 Pmin=UI≈1.75 V×0.225 A≈0.39 W，当 R=0 时，灯泡功率最大，电源路端电压和电流的关系 U=E-Ir，所以 U=4 V-1 Ω·I，映射方法发现高中物理灯泡电路图解，灯功率 Pmax=UI=3.67 V×0.32 A≈1.17 W。
解决问题 （1）明确实验原理，根据实验中给出的仪器分析滑动变阻器和电流表的连接方法;（2）根据I-U图像的性质，阐明电阻随电流变化的规律，从而明确电阻率的变化;（3）分析滑动变阻器接入电阻的变化，制作等效电源的伏安特性曲线，得到相应的电流值和电压值，从而明确灯泡功率的极值。
迁移应用程序 1.（2020 珠海市第二中学学期，广东）如图 A 所示，一个电气元件的伏安特性曲线，一些实验团队想用伏安法来验证伏安特性曲线，有一个电压表 V（内阻约为 10 kΩ）满足实验要求;滑动变阻器 R;直流电源 E（电动势 6 V，内阻不计）;有多种开关和电线，有电流表 A1（范围 0~50 mA，内阻约 50 Ω）和电流表 A2（范围 0~300 mA，内阻约 10 Ω）可供选择。
（1）从图像中可以判断出元件的电阻随着温度的增加而增加（可选择“增加”或“减少”）;当工作电压为 4 V 时，元件电阻为 Ω（计算结果保持 3 位有效数字）。
（2） 应选择电流表（可选“A1”或“A2”）。（3） 在图 B 的物理图中，部分电路已经正确连接高中物理灯泡电路图解，请完成剩余电路的连接。（4） 请完成主要实验的步骤： A. 连接实验电路，将变阻器的滑片调整到底（可选“A”或“B”）。B. 关闭开关，使通过元件的电流从小变为大，并读取数据。C. 在 U-I 坐标系中跟踪相应的电压和电流，并绘制伏安特性曲线。
答： （1） 减少 29.6 （29.4~30.1） （2） A2 （3） （4） B 调整滑动变阻器
分析（1）从图A可以看出，随着电压的增加，电流的增加，元件的实际功率增加，元件的温度升高，从欧姆定律可以看出，电压与电流的比值减小，元件的电阻减小。当工作电压 U=4 V 时，根据图像可以知道电流为 I=0.135 A，那么由于误差，元件电阻可以是 29.4~30.1 Ω。（2） 从图 A 可以看出，最大电流约为 0.2 A，因此电流表应选择 A2。
（3）相对来说，电压表的内阻远大于元件的电阻，电流表应外接，滑动变阻器应采用分压连接，物理电路图如图所示
（4） 为了保护电路，连接实验电路，将变阻器的滑片调整到 B 端子。合上开关，逐渐将变阻器的滑片移动到 A 端，元件两端的电压增加，通过元件的电流逐渐增加，数据依次读出。
2、实验组对额定电压为 3 V 的小灯泡的伏安特性曲线进行了调查和绘图。（1）实验室提供的电压表的量程为 2.5 V，内阻为 2 kΩ，如果要将量程扩大到 4 V，则需要串联的电阻的电阻值为 Ω;（2）实验中，要求加到小灯泡上的电压从零开始变化，合闸开关前滑动变阻器的正确连接方法如下图中的连接方式（可选“A”、“B”、“C”或“D”）;
（3）实验完成后，实验组学生根据实测数据绘制小灯泡的U-I曲线，如图所示。当小灯泡两端的电压为 2.2 V 时，电阻为 Ω，小灯泡消耗的电功率为 W（计算结果保留了两个有效数字）。
答案 （1）1 200（2）D（3）8.50.57 分析 （1）将电压表（Ug=2.5 V，Rg=2 kΩ）改为范围为 U=4 V 的电压表，则串联的分压电阻需要为 （2）实验要求电压表的指示从 0 开始连续变化，则滑动变阻器应采用部分压接法， 而连接方法需要将下两个接线柱接上电源，再接上接线柱中的任意一个给测量电路供电，注意电线不能接到滑刀上，因此，正确的连接方法是D。
（3）根据图片，当电压为 2.2 V 时，对应的电流为 260 mA，根据欧姆定律的电阻为此时小灯泡消耗的电功率为 P=UI=2.2×0.26 W=0.57 W。
3. （2020 江苏省台州市）当一个研究小组的同学们进行电气实验时，发现了一个有趣的元件，它由两个并联的导体 A 和 B 组成，它们被封闭在一个透明的玻璃外壳中，a 和 b 是它的两个裸露的接线柱，如图 A 所示， A 是电阻为 20 Ω 的固定值电阻器，B 是特殊金属丝制成的导体，其额定电压为 9 V。为了进一步探索元件的一些特性，学生们设计了一个合适的电路，使元件上的电压从零逐渐增加，测量相应的电流，并绘制出如图 C 所示的 I-U 曲线。
（1） 图 B 是实验过程中连接到组的物理图，请填写缺失的导线。
（2）在关闭开关之前，滑动变阻器的滑片应接近（可选“左端”或“右端”），如果此实验电路用于测量元件的电阻留学之路，仅从实验原理出发，测得电阻的测量值（可选“大于”、“小于”或“等于”）的实值。（3）从图C的I-U曲线中，可以得到导体B的额定电流为A。（4）如果元件以18 Ω的固定电阻串联，并以9V的电动势连接在电源的两端，没有内阻，则元件的实际功率为W， 通过导体 B 的电流为 A。
答案： （1） （2） 左端小于 （3） 0.09 （0.08~0.10 正确） （4） 0.99 （0.96~1.02 正确）， 0.18 （0.16~0.20 正确）。
分析（1）从标题中可以看出，电路应采用分压接方式，因此应先将滑动变阻器连接到电源的两端，由开关控制整个电路;因此，开关的左端可以连接到滑动变阻器的左下接线柱，如图所示。
（2） 为了使测量电路部分的电压开始时为零，应在滑动变阻器中使并联测量电流的最小位移，因此滑片应滑到最左端。由于采用电流表外法，由于电压表分流，电流值大;可以看出，测量值很小。（3） 从图 C 中可以看出，当电压为 9 V 时，电路中的电流为 0.54 A，流过电阻 A 的电流 = 0.45 A，则 B 的额定电流为 0.09 A，由于误差，0.08~0.10 A 是正确的。
（4）以18 Ω作为电源的内阻，如图所示制作等效电源的伏安特性曲线，交点为被测电阻的工作点;从图像中可以看出，电路中的总电流为 0.33 A，电压为 3 V。则功率 P=UI=3×0.33 W=0.99 W，由于误差，0.96~1.02 W 是正确的。在这种情况下，固定值电阻 A 中的电流流过 B，IB=0.33 A-0.15 A=0.18 A，由于误差，0.17~0.19 A 是正确的。
