在比較中鑒別，在理解中遷移

借助電流表和電壓表設(shè)計測量電阻的電路，獲得相應(yīng)的 I ， U 值，進(jìn)而描繪不同材料的I-U特性曲線，了解材料的導(dǎo)電性能和特點，是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方法之一.因為此類問題命題的背景素材新穎，可以很好地考查學(xué)生的實驗探究能力、信息處理能力和圖表應(yīng)用能力，所以成為了高考中一道亮麗的風(fēng)景！

1測量電路 電流表內(nèi)接法與外接法

在用電壓表和電流表測電阻時，由于實際電表的電阻會影響測量結(jié)果，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，一般要根據(jù)實際情況選擇合適的測量電路，從而使結(jié)果更加準(zhǔn)確.

1.1 兩種接法比較

1.2電路的選擇（適用條件的具體化）

1）直接比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表的內(nèi)阻進(jìn)行比較，若 與電流表相比較大，宜采用電流表內(nèi)接法；若 與電壓表相比較小，宜采用電流表外接法.

2）比值比較法：將 與 進(jìn)行比較， 時， 與電流表內(nèi)阻相比較大，宜采用電流表內(nèi)接法；當(dāng) 時， 與電壓表內(nèi)阻相比較小，宜采用電流表外接法.

3）臨界阻值法：取臨界電阻值 ，當(dāng) 時， 與電流表內(nèi)阻相比較大，宜采用 電流表內(nèi)接法.當(dāng) 時， 與電壓表內(nèi)阻 相比較小，宜采用電流表外接法.

4）實驗試觸法：按圖1接好電路，讓電壓表接線柱 P 先后與 處接觸一下，比較電流表的示數(shù)相對變化情況 和電壓表示數(shù)相對變化情況

如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，說明電壓表的分流作用顯著，而電流表的分壓作用較小，為將電流測得更準(zhǔn)確，宜采用電流表內(nèi)接法；如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，說明電流表的分壓作用顯著，而電壓表的分流作用較小，為將電壓測得更準(zhǔn)確，宜采用電流表外接法.

2控制電路—滑動變阻器的限流接法和分壓接法

2.1 兩種接法比較

2.2 電路的選擇

1）選取原則

a）安全性原則：不超過用電器允許通過的最大電流和電表的量程.b）準(zhǔn)確性原則：電表的偏角不宜過小，如電流表、電壓表指針在滿刻度的 處誤差較小.c）方便性原則：滑動變阻器應(yīng)便于調(diào)節(jié)，如所選滑動變阻器總阻值太大，會導(dǎo)致可調(diào)范圍太小.d）經(jīng)濟(jì)性原則：損耗能量小，如在限流和分壓均可以的情況下應(yīng)選擇限流接法，采用分壓接法時滑動變阻器總電阻不能太小等.

2）選取方法

如果沒有特別要求，在滿足安全性原則和方便性原則的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先選用限流接法.但以下三種情況必須采取分壓接法.a）要求電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié).b）滑動變阻器的最大阻值遠(yuǎn)小于待測電阻的阻值，且實驗要求電壓變化范圍較大或要求測量多組數(shù)據(jù).c若連成限流接法時，電路中的最小電流或電壓大于用電器的額定電流或電壓，或超過電表的量程.

3材料的 特性曲線的描繪及可獲取的信息

1）當(dāng)材料兩端的電壓 U = 0 時，一定有材料中的電流 I=0 ，所以應(yīng)該用一條過（0，0）點的平滑曲線“擬合”所描的點.

2）如圖2所示，根據(jù) R = ，圖像上任一點 P 與坐標(biāo)原點（0，O）連線OP的斜率等于電阻的倒數(shù).當(dāng)圖像是直線時，圖像的斜率就等于電阻的倒數(shù)；而當(dāng)圖像是曲線時，圖像切線的斜率不等于電阻的倒數(shù)，這一點與從物體運動的 v- t 圖像得到加速度的方法在本質(zhì)上是不同的，

3）在圖2中，根據(jù) P=U I ，圖像上任一點 P 對應(yīng)的OMPN的“面積”表示待測元件消耗的電功率，而不是圖像和坐標(biāo)軸圍成的OPN的“面積”，這一點與從物體運動的 v - t 圖像得到位移大小的方法也是不同的.

4應(yīng)用與實踐

類型1考查電路的連接、電表的量程選取、故障問題、測量誤差分析及數(shù)據(jù)處理中的易混點

一例1某實驗小組準(zhǔn)備探究某種元件 Q 的I-U特性曲線，他們設(shè)計了如圖3-甲所示的電路圖.請回答下列問題：

（1）圖3-乙中的實物連線按圖3-甲的電路圖補 充完整.

（2）圖3-甲中閉合開關(guān)S，電流表、電壓表均有示數(shù)，但無論怎樣移動變阻器的滑片，總不能使電壓表的示數(shù)調(diào)為零.原因可能是圖中的 （填 ！ 或 f ）處接觸不良.

（3）考慮電表內(nèi)阻的影響，該元件電阻的測量值 （填“大于\"“等于\"或“小于\"）真實值.

（4）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，作出該元件的I-U圖線如圖3-丙所示，則元件 Q 在 U=0 . 8 V 時的電阻值是 ，I-U圖線在該點切線的斜率的倒數(shù) （填“大于\"“等于\"或“小于\"）電阻值.

0 （1）根據(jù)圖3-乙可知，實驗中的電源是兩節(jié)解析 干電池，電壓表量程選 0 ～ 3 V ，電路圖連接如圖4所示.

（2）電流表、電壓表均有示數(shù)，而電壓表的示數(shù)不 能調(diào)為零，說明滑動變阻器的分壓接法出了故障， f 處接觸不良.

（3）電流表外接法，電壓測量值準(zhǔn)確，電流測量值 偏大，電阻的測量值偏小.

（4）根據(jù)圖3-丙所示， U=0 . 8 V， I=0 . 0 5 A，得 ；電阻值等于該點與原點（0，0）的連線斜 率的倒數(shù)，該點切線的斜率大于該點與原點的連線斜 率，所以該點切線的斜率的倒數(shù)小于電阻值.

1）滑動變阻器分壓接法的電路連接和實物連線方法都應(yīng)遵循“先串后并”的方法，即先將電源、開關(guān)和滑動變阻器的電阻絲部分串聯(lián)，再接分壓的測量電路部分.2）采用滑動變阻器分壓接法時，待測元件兩端的電壓和元件中的電流可以從零連續(xù)調(diào)節(jié).3）分析電阻測量誤差時，要明確待測元件電壓和電流的測量值與真實值的關(guān)系.4）圖線上任一點對應(yīng)的電阻值等于該點與原點（0，0）的連線斜率的倒數(shù)，只是電阻隨電壓或電流的變化規(guī)律與圖線上各點切線的斜率的倒數(shù)變化規(guī)律是相同的.

類型2考查儀器的選擇、電路的設(shè)計、數(shù)據(jù)的處理與分析

一例2某學(xué)習(xí)小組描繪一只小燈泡 ，0.5A）的I-U特性曲線，除了導(dǎo)線和開關(guān)外，還有以下一些器材可供選擇：

A.電源 E （電動勢為 3 . 0 V ，內(nèi)阻不計）B.電壓表 （量程為 0 ～ 3 . 0 V ，內(nèi)阻約為 2 kΩ ）C.電壓表 （量程為 0 ～ 1 5 . 0 V ，內(nèi)阻約為 6 kΩ ）D.電流表 （量程為 0 ～ 0 . 6 A，內(nèi)阻約為 l Ω ）E.電流表 （量程為 0 ～1 0 0 m A ，內(nèi)阻約為 ））F.滑動變阻器 （最大阻值 1 0 Ω ）

G.滑動變阻器 （最大阻值 2 kΩ ））

（1）實驗中電壓表應(yīng)選擇 ，電流表應(yīng)選擇，滑動變阻器應(yīng)選擇 .（填器材的符號）（2）請你在圖5-甲虛線框內(nèi)為該學(xué)習(xí)小組設(shè)計電路圖，并連接好圖5-乙實物圖，要求小燈泡兩端的電壓可以從零增加到額定值.

（3）根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)在圖5-丙方格紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線.

（4）根據(jù)圖線，則小燈泡的電阻值隨工作電壓的增大而 （填\"增大\"\"不變\"或“減小\"）.

（5）如果用一個電動勢為 1 . 5V 、內(nèi)阻為 的電源與該小燈泡組成電路，則該小燈泡的實際功率為（保留兩位有效數(shù)字）.

（1）小燈泡 （ 2 . 5 V ， 0 . 5 A）的額定電壓為2 . 5 V ，額定電流為0.5A，為了使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，電壓表選擇B，電流表選擇D；小燈泡正常工作的最大電阻 ，電流表內(nèi)阻約為 1 Ω ，電壓表內(nèi)阻約為 2 kΩ ，故測量電路選擇電流表外接法；為了使滑動變阻器方便調(diào)節(jié)，即有效滑動范圍大些，滑動變阻器選擇F.

（2）實驗要求小燈泡上的電壓能從零調(diào)至額定值，故控制電路選擇分壓電路，電路圖及實物圖連接如圖6-甲和乙所示.

（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點，并用平滑曲線“擬合”，如圖6-丙所示.

（4）根據(jù)所繪圖像，圖像上點與原點（0，0）連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，小燈泡的電阻值隨工作電壓的增大而增大.

（5）根據(jù) U= - Ir+ E ，作出電源的外特性曲線，其與（3）問中小燈泡的伏安特性曲線的交點，即為電源與小燈泡串聯(lián)時的情況，如圖6-丙，實際功率 P = U I = 0 . 7 5V× 0 . 2 5A≈0 . 1 9W.

1）電表量程的選取應(yīng)遵循安全、準(zhǔn)確的原則，一方面不小于待測元件的額定電壓值或電流值，另一方面偏角不宜太小.2）一般要根據(jù)已知電阻的參考值或估算的電阻值與電壓表、電流表內(nèi)阻的關(guān)系選擇測量電路，減小電阻的測量誤差.3）通過描繪電學(xué)元件的伏安特性曲線來研究其電學(xué)特性時，一般要求電壓和電流能從零調(diào)至額定值，控制電路通常采用滑動變阻器分壓接法.4）分壓接法一般選用總阻值與待測電阻差不多的滑動變阻器.若總阻值過大，會造成有效調(diào)節(jié)的長度范圍較小，不方便操作；若總阻值過小，會造成整個電路的耗能過高.5）導(dǎo)體的伏安特性曲線是導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系，電源的外特性曲線是路端電壓與干路電流的關(guān)系，二者的交點表示把該導(dǎo)體作為外電路接在該電源兩端時的電流和電壓，對應(yīng)的功率既是導(dǎo)體的實際功率，又是電源的輸出功率.

通過伏安法測電阻電路的設(shè)計、測量數(shù)據(jù)、描繪材料的I-U特性曲線，分析、了解材料的電阻特性，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).要求學(xué)生具有科學(xué)探究意識和研究物理問題的好奇心，能在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計實驗與制訂方案，獲取和處理信息，最后基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，從物理學(xué)視角解決實際問題.提升學(xué)生分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用能力，促進(jìn)高階思維能力發(fā)展，逐步形成正確的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.

（完）