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第 22 讲 实验九 描述小电珠的伏安特性曲线
知识点一、基本实验要求
1．实验原理
(1)测多组小电珠的 U、I 的值，并绘出 I－U 图象；
(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．
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”、 、学生电源、
开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
3．实验步骤
(1)画出电路图(如图甲所示)．
(2)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．
(3)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，并将测量数据填入自己设计的表格
中．
(4)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．实验器材选取
(1)原则：①安全；②精确；③操作方便．
(2)具体要求
①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过 0.6 A.
②用电器的额定电流不能小于通过该用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或电流的最大值．
1
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上．
3
⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻
值的滑动变阻器．
1
规律方法
1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
两种接法的电路图
RE
负载 R 上电压的调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E
R＋R0
E E E
负载 R 上电流的调节范围 ≤I≤ 0≤I≤
R＋R0 R R
2.两种接法的适用条件
(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电
阻还小)．
(2)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最大电阻要大)．
3．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．
(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．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．
2
知识点二、教材原型实验
例 1 小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：
电压 U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.10 2.50
电流 I/A 0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.45 0.46
(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：
A．滑动变阻器(阻值范围 0～10 Ω、额定电流 3 A)
B．滑动变阻器(阻值范围 0～2 000 Ω、额定电流 1 A)
实验中选择的滑动变阻器是________．(填写字母序号)
(2)在图甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．
(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至________(选填“左”或“右”)端．
(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的 U－I 图线．
(5)他们在 U－I 图象上找到小灯泡工作电压为 2.0 V时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上
该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值．你认为
________(选填“小华”或“小明”)的方法正确．
3
举一反三
1．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．
(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 a)所示，读数为________ Ω.据此
应选择图中的________(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)如图(d)是根据实验数据作出的 U－I 图线，由图可判断元件________(填“X”和“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
路图如图(e)所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V；断开 S2，读数为 1.00 V．利用图(d)可算得 E＝________
V．r＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)．
2．某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有“最大电流不超过 6 mA，最大
电压不超过 7 V”，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线，他们设计的一部分电路如图所示，
图中定值电阻 R＝1 kΩ，用于限流；电流表量程为 10 mA，内阻约为 5 Ω；电压表(未画出)量程为 10 V，内
阻约为 10 kΩ；电源电动势 E 为 12 V，内阻不计．
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：
A．阻值 0～200 Ω，额定电流 0.3 A
B．阻值 0～20 Ω，额定电流 0.5 A
应选的滑动变阻器是________(填“A”或“B”)．
4
正确接线后，测得数据如下表：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40
I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50
(2)由以上数据分析可知，电压表应并联在 M 与________之间(填“O”或“P”)；
(3)将电路图在虚线框中补充完整；
(4)从表中数据可知，该电学元件的电阻的特点是：___________________________________
________________________________________________________________________.
拓展与创新
例 2 (2016·天津理综·9(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开关、导线外，还有：
电压表 V1(量程 0～3 V，内阻等于 3 kΩ)
电压表 V2(量程 0～15 V，内阻等于 15 kΩ)
电流表 A1(量程 0～200 mA，内阻等于 10 Ω)
电流表 A2(量程 0～3 A，内阻等于 0.1 Ω)
滑动变阻器 R1(0～10 Ω，额定电流 2 A)
滑动变阻器 R2(0～1 kΩ，额定电流 0.5 A)
定值电阻 R3(阻值等于 1 Ω)
定值电阻 R4(阻值等于 10 Ω)
定值电阻 R5(阻值等于 1 kΩ)
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 I－U 图象应是下图中的________．
5
举一反三
3．硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件．某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向
电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性．图中电压表 V1量
程选用 3 V，内阻为 6 kΩ；电压表 V2量程选用 15 V，内阻约为 30 kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势 E
约为 12 V，内阻不计．
(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路．
(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关 S，调节变阻器 R，读出电压表 V1、V2的示数 U1、U2.
①某次测量时，电压表 V1示数如图丙所示，则 U1＝________ V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为
________ mA(保留两位小数)．
②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的 9组 U1、U2数据，算出
相应的硅光电池两端反向电压 Ux和通过的反向电流 Ix(表中“－”表
示反向)，并在图坐标纸上建立 Ix－Ux坐标系，标出了与表中前 5组
Ux、Ix数据对应的 5个坐标点．请你标出余下的 4个坐标点，并绘出
Ix－Ux图线．
1 2 3 4 5 6 7 8 9
U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0.24 0.42 0.72 1.14 1.74
U2/V 0.0 1.0 2.1 3.1 4.2 5.4 6.7 8.1 9.7
Ux/V 0.0 －1.0 －2.0 －3.0 －4.0 －5.0 －6.0 －7.0 －8.0
Ix/mA 0.00 0.00 －0.01 －0.02 －0.04 －0.07 －0.12 －0.19 －0.29
③由 Ix－Ux图线可知，硅光电池无光照不加反向电压时，Ix 与 Ux 成________(填“线性”或“非线性”)关系．
6第 22 讲 实验九 描述小电珠的伏安特性曲线
知识点一、基本实验要求
1．实验原理
(1)测多组小电珠的 U、I 的值，并绘出 I－U 图象；
(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．
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．实验步骤
(1)画出电路图(如图甲所示)．
(2)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．
(3)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，并将测量数据填入自己设计的表格
中．
(4)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．实验器材选取
(1)原则：①安全；②精确；③操作方便．
(2)具体要求
①电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流．干电池中电流一般不允许超过 0.6 A.
②用电器的额定电流不能小于通过该用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或电流的最大值．
1
④电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 以上．
3
⑤从便于操作的角度来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用较小阻
值的滑动变阻器．
1
规律方法
1．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
两种接法的电路图
RE
负载 R 上电压的调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E
R＋R0
E E E
负载 R 上电流的调节范围 ≤I≤ 0≤I≤
R＋R0 R R
2.两种接法的适用条件
(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电
阻还小)．
(2)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最大电阻要大)．
3．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．
(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．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．
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知识点二、教材原型实验
例 1 小华和小明在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，将实验数据记录在下表中：
电压 U/V 0.00 0.20 0.40 0.70 1.00 1.30 1.70 2.10 2.50
电流 I/A 0.00 0.14 0.24 0.26 0.37 0.40 0.43 0.45 0.46
(1)实验室有两种滑动变阻器供选择：
A．滑动变阻器(阻值范围 0～10 Ω、额定电流 3 A)
B．滑动变阻器(阻值范围 0～2 000 Ω、额定电流 1 A)
实验中选择的滑动变阻器是________．(填写字母序号)
(2)在图甲中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．
(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至________(选填“左”或“右”)端．
(4)利用表中数据，在图乙中画出小灯泡的 U－I 图线．
(5)他们在 U－I 图象上找到小灯泡工作电压为 2.0 V时坐标点，计算此状态的电阻值时，小明提出用图象上
该点曲线斜率表示小灯泡的阻值；小华提出该点与坐标原点连线的斜率表示小灯泡的阻值．你认为
________(选填“小华”或“小明”)的方法正确．
答案 (1)A (2)见解析图 (3)左 (4)见解析图
(5)小华
解析 (1)由于灯泡的电阻大约在几欧左右，为了便于测量，滑动变阻器选择 0～
10 Ω的．
(2)由于灯泡的电压和电流从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法；电流表
采用外接法．实物连线图如图所示．
3
(3)为了保护测量电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑至最左端．
(4)小灯泡的 U－I 图线如图所示．
(5) U根据欧姆定律知，R＝ ，电阻的大小为该点与坐标原点连线的斜率，
I
故小华正确．
举一反三
1．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．
(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 a)所示，读数为________ Ω.据此
应选择图中的________(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)如图(d)是根据实验数据作出的 U－I 图线，由图可判断元件________(填“X”和“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
路图如图(e)所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V；断开 S2，读数为 1.00 V．利用图(d)可算得 E＝________
V．r＝________Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)．
答案 (1)10 (b) (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50
解析 (1)由题图(a)可知，多用电表的读数为 10 Ω，由于元件的电阻较小，电路应选用电流表外接法，即选
择图(b)电路．
(2)当滑动变阻器的滑片向右移时，滑动变阻器输出的电压增大，电流表的示数增大．
4
(3)由于元件 Y的 U－I 图线是曲线，因此 Y是非线性元件．
(4) R U I R 3.0 V设线性元件的电阻为 ，由 － 图线可知， ＝ ＝10 Ω，则 S1、S2均闭合时，E＝0.3 A×(10 Ω＋
0.30 A
r)，S1闭合、S2断开时，E＝0.1 A×(10 Ω＋21 Ω＋r)，解得 E≈3.2 V，r＝0.50 Ω.
2．某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有“最大电流不超过 6 mA，最大
电压不超过 7 V”，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线，他们设计的一部分电路如图所示，
图中定值电阻 R＝1 kΩ，用于限流；电流表量程为 10 mA，内阻约为 5 Ω；电压表(未画出)量程为 10 V，内
阻约为 10 kΩ；电源电动势 E 为 12 V，内阻不计．
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择：
A．阻值 0～200 Ω，额定电流 0.3 A
B．阻值 0～20 Ω，额定电流 0.5 A
应选的滑动变阻器是________(填“A”或“B”)．
正确接线后，测得数据如下表：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40
I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50
(2)由以上数据分析可知，电压表应并联在 M 与________之间(填“O”或“P”)；
(3)将电路图在虚线框中补充完整；
(4)从表中数据可知，该电学元件的电阻的特点是：___________________________________
________________________________________________________________________.
答案 (1)A (2)P (3)电路图见解析图 (4)当元件两端的电压小于 6 V时，元件电阻非常大，不导电；当
元件两端电压大于 6 V时，随着电压的升高而电阻变小
解析 (1)滑动变阻器 A允许的最大电压为 0.3×200 V＝60 V＞12 V，滑动变阻器 B两端所能加的最大电压
为 0.5×20 V＝10 V＜12 V，为保证安全，滑动变阻器应选 A.
(2) R 6.4由表中实验数据可知，电学元件电阻最小测量值约为： ＝ Ω≈1 163.6 Ω，电流表内阻约为 5 Ω，
0.0 055
5
电压表内阻约为 10 kΩ，相对来说，元件电阻远大于电流表内阻，电流表
应采用内接法，因此电压表应并联在 M 与 P 之间．
(3)描绘伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压
接法，由(2)可知，电流表采用内接法，实验电路图如图所示：
(4)由表中实验数据可知，当元件两端的电压小于 6 V时，电路电流很小，几乎为零，由欧姆定律可知，元
件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于 6 V时，随着电压的升高电流迅速增大，电压与电流的比值
减小，电阻变小．
拓展与创新
例 2 (2016·天津理综·9(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开关、导线外，还有：
电压表 V1(量程 0～3 V，内阻等于 3 kΩ)
电压表 V2(量程 0～15 V，内阻等于 15 kΩ)
电流表 A1(量程 0～200 mA，内阻等于 10 Ω)
电流表 A2(量程 0～3 A，内阻等于 0.1 Ω)
滑动变阻器 R1(0～10 Ω，额定电流 2 A)
滑动变阻器 R2(0～1 kΩ，额定电流 0.5 A)
定值电阻 R3(阻值等于 1 Ω)
定值电阻 R4(阻值等于 10 Ω)
定值电阻 R5(阻值等于 1 kΩ)
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 I－U 图象应是下图中的________．
答案 (1)见解析图 (2)B
解析 (1) U 3用电压表 V1和 R5串联，可改装成量程为 U＝ g(rg＋R5)＝ ×(3＋1) V＝4 V的电压表；用量程为
rg 3
200 mA的电流表 A I r 0.2×101与定值电阻 R4并联可改装为量程为 I＝I g gg＋ ＝0.2 A＋ A＝0.4 A的电流表；待
R4 10
测小灯泡的阻值较小，故采用电流表外接，电路图如图所示．
(2)小灯泡的电阻随温度升高而变大，故该同学描绘出的 I－U 图象应该是 B.
6
举一反三
3．硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件．某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向
电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性．图中电压表 V1量
程选用 3 V，内阻为 6 kΩ；电压表 V2量程选用 15 V，内阻约为 30 kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势 E
约为 12 V，内阻不计．
(1)根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路．
(2)用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关 S，调节变阻器 R，读出电压表 V1、V2的示数 U1、U2.
①某次测量时，电压表 V1示数如图丙所示，则 U1＝________ V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为
________ mA(保留两位小数)．
②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的 9组 U1、U2数据，算出
相应的硅光电池两端反向电压 Ux和通过的反向电流 Ix(表中“－”表
示反向)，并在图坐标纸上建立 Ix－Ux坐标系，标出了与表中前 5组
Ux、Ix数据对应的 5个坐标点．请你标出余下的 4个坐标点，并绘出
Ix－Ux图线．
1 2 3 4 5 6 7 8 9
U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0.24 0.42 0.72 1.14 1.74
U2/V 0.0 1.0 2.1 3.1 4.2 5.4 6.7 8.1 9.7
Ux/V 0.0 －1.0 －2.0 －3.0 －4.0 －5.0 －6.0 －7.0 －8.0
Ix/mA 0.00 0.00 －0.01 －0.02 －0.04 －0.07 －0.12 －0.19 －0.29
③由 Ix－Ux图线可知，硅光电池无光照不加反向电压时，Ix 与 Ux 成________(填“线性”或“非线性”)关系．
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答案 (1)连线如图所示
(2)①1.40 0.23
②描点绘出 Ix－Ux，图线如图所示．
③非线性
解析 V1选用的是 3 V量程，则刻度盘的最小分度为 0.1 V，根据电表的读数原则知 U1＝14.0×0.1 V＝1.40
V U，I1＝ 1≈0.23 mA.由于绘出的 Ix－Ux图象不是直线，即 Ix与 Ux 成非线性关系．
RV1
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