專題四 電學(xué)實(shí)驗(yàn)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)、熱點(diǎn)內(nèi)容。試題注重聯(lián)系實(shí)驗(yàn)操作的考查，如測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)問題、實(shí)驗(yàn)線路的連線問題、電表和其他用電器的選擇問題都是實(shí)驗(yàn)操作的仿真模擬，需要考生具備良好的動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。試題還注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析，如根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出圖線，根據(jù)圖線分析得出結(jié)論�！霸O(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力”在理科綜合《考試說明》中指出的五個(gè)考試目標(biāo)之一。是近幾年高考物理實(shí)驗(yàn)題的命題趨向。

完整的設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)歷多個(gè)環(huán)節(jié)，在實(shí)際考查中，一般不會(huì)考查全部環(huán)節(jié)，而是只考查其中的幾個(gè)環(huán)節(jié)，有的題目給出條件和實(shí)驗(yàn)器材，要求闡述實(shí)驗(yàn)原理；有的給出實(shí)驗(yàn)電路圖，要求領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理，確定需測(cè)物理量及計(jì)算公式；有的則要求考生根據(jù)操作步驟及測(cè)定的物理量判斷出實(shí)驗(yàn)原理……雖然考查方式不盡相同，但目前高考中幾乎所有的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題都有一個(gè)共同點(diǎn)，都以不同方式或多或少的對(duì)實(shí)驗(yàn)原理作一定的提示，在給出實(shí)驗(yàn)器材的前提下進(jìn)行考查。

由于考查環(huán)節(jié)和要求的不同，題型也不盡相同，但較多的是選擇、填空、作圖題。

在復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)對(duì)所學(xué)電學(xué)實(shí)驗(yàn)逐個(gè)理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法，比較不同實(shí)驗(yàn)的異同（如電路圖、滑動(dòng)變阻器和電表的連接）。不斷充實(shí)自己的經(jīng)驗(yàn)和方法，逐步達(dá)到能靈活運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解答新的問題。對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目要明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)，它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的依據(jù)和起點(diǎn)，它決定了應(yīng)選用（或還需）哪些實(shí)驗(yàn)器材，應(yīng)測(cè)量哪些物理量，如何編排實(shí)驗(yàn)步驟。而實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)又往往依賴于所提供的實(shí)驗(yàn)器材（條件）和實(shí)驗(yàn)要求，它們相輔相成，互為條件。

（一）電學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用到的基本知識(shí)

在近年的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電阻的測(cè)量（包括變形如電表內(nèi)阻的測(cè)量）、測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電阻是考查頻率較高的實(shí)驗(yàn)。它們所用到的原理公式為：。由此可見，對(duì)于電路中電壓U及電流I的測(cè)量是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在，但這兩個(gè)量的直接測(cè)量和間接測(cè)量的方法卻多種多樣，在此往往也是高考試題的著力點(diǎn)之處。因此復(fù)習(xí)中應(yīng)熟練掌握基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)及方法，做到以不變應(yīng)萬(wàn)變。

1．電路設(shè)計(jì)原則：正確地選擇儀器和設(shè)計(jì)電路的問題，有一定的靈活性，解決時(shí)應(yīng)掌握和遵循一些基本的原則，即“安全性”、“方便性”、“精確性”原則，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面因素綜合考慮，靈活運(yùn)用。

⑴正確性：實(shí)驗(yàn)原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。

⑵安全性：實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，實(shí)施過程中不應(yīng)對(duì)儀器及人身造成危害。要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流，不能燒壞儀器。

⑶方便性：實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

⑷精確性：在實(shí)驗(yàn)方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能的小。

2．電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇：

⑴根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于滿偏度的1/3），以減少測(cè)讀誤差。

⑵根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動(dòng)變阻器，注意流過滑動(dòng)變阻器的電流不超過它的額定值，對(duì)大阻值的變阻器，如果是滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用。

⑶應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的基本要求來(lái)選擇儀器，對(duì)于這種情況，只有熟悉實(shí)驗(yàn)原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇�？傊�，最優(yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能��；間接測(cè)定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測(cè)定值的測(cè)量使誤差盡可能小，且不超過儀表的量程；實(shí)現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)；在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。

3．測(cè)量電路的選擇

⑴電流表的內(nèi)、外接問題：（甲）所示電路為電流表外接電路（簡(jiǎn)稱外接法）；（乙）所示電路為電流表內(nèi)接電路（簡(jiǎn)稱內(nèi)接法）。兩種接法的選擇可按下列方法進(jìn)行：

方法一：設(shè)電流表、電壓表內(nèi)阻分別為、，被測(cè)電阻為，則

當(dāng)<時(shí)，電壓表分流作用小，應(yīng)選用外接法

當(dāng)>時(shí)，電流表分壓作用小，應(yīng)選用內(nèi)接法

當(dāng)=時(shí)，電流表分壓作用和電壓表分流作用相差不大，兩種方法均可。

方法二：在、均不知的情況下，可采用試觸法。如圖所示，分別將a端與b、c接觸，如果前后兩次電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)變化明顯，說明電壓表分流作用大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果前后兩次電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)變化明顯，說明電流表分壓作用大，應(yīng)采用外接法。

⑵滑動(dòng)變阻器的分壓、限流接法：

為了改變測(cè)量電路（待測(cè)電阻）兩端的電壓（或通過測(cè)量電路的電流），常使滑動(dòng)變阻器與電源連接作為控制電路，滑動(dòng)變阻器在電路中主要有兩種連接方式：如圖（甲）為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，為待測(cè)電阻。它的接線方式是電源、滑動(dòng)變阻器與待測(cè)電阻三者串聯(lián)。對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是：(是待測(cè)電阻，R是滑動(dòng)變阻器的總電阻，不計(jì)電源內(nèi)阻)。如圖（乙）是滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動(dòng)變阻器組成閉合電路，而被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是：（不計(jì)電源內(nèi)阻時(shí)）。

選取接法的原則：

①要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。

②負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R時(shí)，須用分壓式接法，此時(shí)若采用限流式接法對(duì)電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。

③采用限流電路時(shí)，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時(shí)，應(yīng)采用變阻器的分壓式接法。

④負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。

⑤兩種電路均可使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因?yàn)橄蘖麟娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總功率較小。

滑動(dòng)變阻器的粗調(diào)和微調(diào)作用：

①在限流電路中，全電阻較大的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較小的變阻器起微調(diào)作用。

②在分壓電路中，全電阻較小的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較大的變阻器起微調(diào)作用。

4．實(shí)物圖的連接：實(shí)物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項(xiàng)。

⑴注意事項(xiàng)：

①連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯(cuò)。

②各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。

③對(duì)于滑動(dòng)變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時(shí)要特別注意不能將線接到滑動(dòng)觸頭上。

⑵基本方法：

①畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。

②分析各元件連接方式，明確電流表與電壓表的量程。

③畫線連接各元件。(用鉛筆畫線，以便改錯(cuò))連線方式應(yīng)是單線連接，連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。

    一般先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動(dòng)變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來(lái)；然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢，應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序。

（二）定值電阻的測(cè)量方法

1．歐姆表測(cè)量：最直接測(cè)電阻的儀表。但是一般用歐姆表測(cè)量只能進(jìn)行粗測(cè)，為下一步的測(cè)量提供一個(gè)參考依據(jù)。用歐姆表可以測(cè)量白熾燈泡的冷電阻。

2．替代法：替代法的測(cè)量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測(cè)量電阻精度高，不需要計(jì)算，方法簡(jiǎn)單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。

【例題】在某校開展的科技活動(dòng)中，為了要測(cè)出一個(gè)未知電阻的阻值Rx，現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準(zhǔn)的電流表A、定值電阻R₀、電阻箱R₁、滑動(dòng)變阻器R₂、單刀單擲開關(guān)S₁、單刀雙擲開關(guān)S₂、電源和導(dǎo)線。

⑴畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)出你所選用器材的代碼。

⑵寫出主要的實(shí)驗(yàn)操作步驟。

【解析】⑴實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示。

⑵①將S₂與Rx相接，記下電流表指針?biāo)�指位置。②將S₂與R₁相接，保持R₂不變，調(diào)節(jié)R₁的阻值，使電流表的指針指在原位置上，記下R₁的值，則Rx＝R₁。

3．伏安法：伏安法的測(cè)量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測(cè)量?jī)x器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個(gè)電表（或給定的電表不能滿足要求時(shí)），可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或一個(gè)定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時(shí)，根據(jù)歐姆定律I=U/R電壓表同時(shí)可以當(dāng)電流表使用，同樣電流表也可以當(dāng)電壓表用。

4．伏安法拓展：某些問題中，因?qū)嶒?yàn)器材不具備（缺電流表或電壓表），或因?qū)嶒?yàn)條件限制，或因?qū)嶒?yàn)精度不允許而不能用“伏安法”。這時(shí)我們就得依據(jù)問題的具體條件和要求重新選擇實(shí)驗(yàn)原理，用“伏安法”的替代形式――“比較法”來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

⑴利用已知內(nèi)阻的電壓表:利用“伏伏”法測(cè)定值電阻的阻值

【例題】用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值（900～1000Ω）：

電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；

電壓表V₁，量程為1.5V，內(nèi)阻r₁＝750Ω；

電壓表V₂，量程為5V，內(nèi)阻r₂＝2500Ω；

滑動(dòng)變阻器R，最大阻值約為100Ω；

單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。

測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3，試畫出測(cè)量電阻Rx的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖。

【解析】如圖所示

⑵利用已知內(nèi)阻的電流表：利用“安安”法測(cè)定值電阻的阻值

【例題】用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值。器材（代號(hào)）與規(guī)格如下：

電流表A₁（量程250mA,內(nèi)阻r₁為5Ω)；標(biāo)準(zhǔn)電流表A₂（量程300mA,內(nèi)阻r₂約為5Ω）；

待測(cè)電阻R₁（阻值約為100Ω）；滑動(dòng)變阻器R₂（最大阻值10Ω）；

電源E（電動(dòng)勢(shì)約為10V，內(nèi)阻r 約為1Ω）；單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。

⑴要求方法簡(jiǎn)捷，并能測(cè)多組數(shù)據(jù)，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并標(biāo)明每個(gè)器材的代號(hào).

⑵需要直接測(cè)量的物理量是_______,用測(cè)的量表示待測(cè)電阻R₁的計(jì)算公式是R₁＝________。

【解析】⑴實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。

⑵兩電流表A₁、 A₂的讀數(shù)為I₁、I₂和電流表A₁的內(nèi)阻為r₁，待測(cè)電阻R₁的阻值的計(jì)算公式是：

⑶電壓表、電流表混合用

【例題】有一電阻R_x，其阻值在100～200Ω之間，額定功率為0.25W。要用伏安法較準(zhǔn)確地測(cè)量它的阻值，實(shí)驗(yàn)器材有：

安培表A₁，量程為50mA，R_A1=100Ω

安培表A₂，量程為1A，R_A2=20Ω

電壓表V₁，量程為5V，R_V1=10kΩ

電壓表V₂，量程為15V， R_V2=30kΩ 

變阻器R₁，變阻范圍0～20Ω ，2A

變阻器R₂，變阻范圍0～1000Ω，1A

9V電源，電鍵，導(dǎo)線。

⑴實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的電流表、電壓表、變阻器分別是：                                。   

⑵畫出所用實(shí)驗(yàn)電路圖。

【解析】⑴允許通過電阻中電流可能的最大值由：得，。因?yàn)殡娮杩赡転?00Ω，所以通過被測(cè)電阻的電流的最大值可能是35mA，應(yīng)用電流表的示數(shù)來(lái)控制通過電阻的電流，因此，電流表應(yīng)選A₁。又因?yàn)?sub>,所以 。因?yàn)殡娮杩赡転?00Ω，所以允許加在電阻兩端的電壓的最大值可能是5V，應(yīng)用電壓表的示數(shù)來(lái)控制加在電阻兩端的電壓，因此電壓表應(yīng)選V₁。因?yàn)镽₁＜ R₂,且2A＞35mA, 所以應(yīng)選變阻器R₁。因?yàn)镽₁＜R_x 所以滑動(dòng)變阻器連接方式應(yīng)選用分壓電路。因?yàn)?sub><,  所以應(yīng)選用外接電路。

⑵實(shí)驗(yàn)所用電路如圖所示

【變式題】（2006年廣東）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，用以測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的實(shí)驗(yàn)器材為：待測(cè)干電池組（電動(dòng)勢(shì)約3 V）、電流表（量程0.6 A，內(nèi)阻小于1 Ω）、電阻箱（0～99.99 Ω）、滑動(dòng)變阻器（0～10 Ω）、單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)各一個(gè)及導(dǎo)線若干。考慮到干電池的內(nèi)阻較小，電流表的內(nèi)阻不能忽略。

⑴該同學(xué)按圖甲連線，通過控制開關(guān)狀態(tài)，測(cè)得電流表內(nèi)阻約為0.20 Ω。試分析該測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因是_________________________________________。

⑵簡(jiǎn)要寫出利用圖甲所示電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟：

①_____________________________________________________________________        ；

②______________________________________________________________________       ；

⑶圖乙是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖象，由此求出待測(cè)干電池組的電動(dòng)勢(shì)E＝______V、內(nèi)阻

r＝______  Ω。（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

【解析】由測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)的原理知，此種接法出現(xiàn)誤差的原因是電流表的分壓作用。而，圖線的斜率表示電源電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)，據(jù)此得出電動(dòng)勢(shì)E＝2.81V, 內(nèi) 阻

 r＝2.33Ω。若不能正確理解圖象的物理意義，則無(wú)法得出正確的答案。因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)的圖像的意義，一定要分析清楚。

【答案】⑴并聯(lián)電阻箱后線路總阻值減小，從而造成總電流增大                          

⑵ ①調(diào)節(jié)電阻箱R，斷開開關(guān)K，將開關(guān) S接D，記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù)；

②斷開開關(guān)D，再次調(diào)節(jié)電阻箱R，將開關(guān)S接D，記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù)

⑶ 2.81、2.33

（三）電表內(nèi)阻的測(cè)量方法

1．互測(cè)法：

⑴電流表、電壓表各一只，可以測(cè)量它們的內(nèi)阻：

⑵兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測(cè)另一只的內(nèi)阻：

⑶兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測(cè)定電表的內(nèi)阻：

2．替代法：

3．半偏法：

4.閉合電路歐姆定律計(jì)算法：(不計(jì)電源內(nèi)阻)

【例題1】（2000年全國(guó)）從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來(lái)測(cè)量電流表A₁的內(nèi)阻r₁，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的測(cè)量精度，并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)。

⑴在虛線方框中畫出電路圖，標(biāo)明所用器材的代號(hào)。

器材（代號(hào)）

規(guī)    格

電流表（A₁）

量程10mA，內(nèi)阻r₁待測(cè)（約40Ω）

電流表（A₂）

量程500μA，內(nèi)阻r₂=750Ω

電壓表（V）

量程10V，內(nèi)阻r₃=10Ω

電阻（R₁）

阻值約100Ω，作保護(hù)電阻用

滑動(dòng)變阻器（R）

總阻值約50Ω

電池（E）

電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很小

導(dǎo)線若干，電鍵K

⑵若選測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來(lái)計(jì)算r₁，則所用的表達(dá)式為r₁=____________，式中各符號(hào)的意義是____________。

【解析】⑴如圖所示�！　�

⑵，I₁表示通過電流表A₁的電流，I₂表示通過電流表A₂的電流，

r₂表示電流表A₂的內(nèi)阻。

【備考提示】在很多情況下，電壓表和電流表（已知內(nèi)阻）的功用可以互換。有時(shí)利用一塊電表配合定值電阻也可以完成功能的互換。實(shí)際上就是部分電路歐姆定律的變形運(yùn)用。在處理時(shí)，一定要明確原理，靈活運(yùn)用。

【例題2】（2006年全國(guó)Ⅰ、Ⅲ）現(xiàn)要測(cè)量某一電壓表   的內(nèi)阻。給定的器材有：待測(cè)電壓表   （量程2V，內(nèi)阻約4kΩ）；電流表   （量程1.2mA，內(nèi)阻約500Ω）；直流電源E（電動(dòng)勢(shì)約2.4V，內(nèi)阻不計(jì)）；固定電阻3個(gè)：R₁=4000Ω，R₂=10000Ω，R₃=15000Ω；電鍵S及導(dǎo)線若干。要求測(cè)量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均超過其量程的一半。

⑴試從3個(gè)固定電阻中選用1個(gè)，與其它器材一起組成測(cè)量電路，并在虛線框內(nèi)畫出測(cè)量電路的原理圖。（要求電路中各器材用題中給定的符號(hào)標(biāo)出。）

⑵電路接通后，若電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則電壓表內(nèi)阻R_V =_________。

【解析】⑴實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，若選用電阻R₁，則并聯(lián)電阻＝2000Ω，電壓表讀數(shù)

U＝?R＝×2000＝1.92＞1V，電流表讀數(shù)I＝＝＝0.00096A＝0.96mA＞0.6mA，R₁符合要求，同理可得R₂、R₃不符合要求，故選R₁。

⑵電路接通后，通過R₁的電流I₁＝，則通過電壓表的電流為I₂＝I－I₁＝I－，所以電壓表的內(nèi)阻R_V＝＝

【備考提示】本題涉及實(shí)驗(yàn)器材選取和電路設(shè)計(jì)等，對(duì)考生的分析綜合能力提出了較高要求，解答此類試題必須根據(jù)測(cè)量要求和所提供的器材，由儀表的選擇原則和基本規(guī)律為分析的入手點(diǎn)。

【變式題】

1．（2006年全國(guó)Ⅱ）現(xiàn)要測(cè)定一個(gè)額定電壓4V、額定功率1.6W的小燈泡（圖中用×表示）的伏安特性曲線。要求所測(cè)電壓范圍為0.1V～4V。

現(xiàn)有器材：直流電源E（電動(dòng)勢(shì)4.5V，內(nèi)阻不計(jì)），電壓表    （量程4.5V，內(nèi)阻約為4×10⁴Ω），電流表   （量程250mA，內(nèi)阻約為2Ω），電流表   （量程500mA，內(nèi)阻約為1Ω），滑動(dòng)變阻器R（最大阻值約為30Ω），電鍵S，導(dǎo)線若干。

如果既要滿足測(cè)量要求，又要測(cè)量誤差較小，應(yīng)該選用的電流表是          ，下面兩個(gè)電路應(yīng)該選用的是                。

【解析】在測(cè)量小燈泡的伏安曲線時(shí)，由于題目要求電壓范圍為0.1V～4V，因此滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法。根據(jù)估算通過小燈泡的額定電流為I=0.4A，因此電流表應(yīng)該選用    。在伏安法測(cè)量過程中，由于

臨界電阻大于小燈泡電阻，因此應(yīng)該選擇電流表外接法即選擇甲電路進(jìn)行測(cè)量。

2．（2006年北京）某同學(xué)用如圖所示電路，測(cè)繪標(biāo)有“3.8 V,0.3 V”的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象。

①除了導(dǎo)線和開關(guān)外，有以下一些器材可供選擇：
電流表：A ₁(量程100 mA,內(nèi)阻約2Ω)
        A₂ (量程0.6 A,內(nèi)阻約0.3Ω)
電壓表：V₁(量程5 V,內(nèi)阻約5Ω)
        V₂(量程15 V,內(nèi)阻約15Ω)
電源：E₁(電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為0.2Ω)
      E₂(電動(dòng)勢(shì)為4 V，內(nèi)阻約為0.04Ω)
為了調(diào)節(jié)方便，測(cè)量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表___________，電壓表______________，滑動(dòng)變阻器________________，電源___________________。(填器材的符號(hào))
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算并描繪出R-U的圖象如圖所示。由圖象可知，此燈泡在不工作時(shí)，燈絲電阻為___________；當(dāng)所加電壓為3.00 V時(shí)，燈絲電阻為____________，燈泡實(shí)際消耗的電功率為___________W。
　　　　　　　　　

③根據(jù)R-U圖象，可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關(guān)系，符合該關(guān)系的示意圖是下列圖中的__________。

【解析】①對(duì)器材的選用應(yīng)以安全、實(shí)用為原則。小燈泡的額定電壓和額定電流分別為3.8V和0.3A，故電壓表應(yīng)選V₁，電流表A₂；由于是分壓接法，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R₁，便于調(diào)節(jié)，電源應(yīng)選E₂。②由圖象可看出：U＝0時(shí)，小燈泡不工作，對(duì)應(yīng)電阻為1.5Ω，當(dāng)U＝3.0V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻為11.5Ω。此時(shí)，燈泡實(shí)際消耗的功率P＝＝0.78W。③由R－U圖線可看出，隨U的增大，電阻的變化越來(lái)越小，而P＝，隨U的變化，功率P的變化將更加明顯，故選A。

（四）一類借助圖像法處理的上海實(shí)驗(yàn)試題

近幾年的上海高考中，經(jīng)常出現(xiàn)一類需要借助圖像關(guān)系處理的實(shí)驗(yàn)題，該種題目處理技巧性強(qiáng)，并且要求能夠準(zhǔn)確理解圖像的物理意義，該類問題對(duì)于山東的命題不無(wú)導(dǎo)向作用，備考時(shí)也應(yīng)引起足夠的重視。

【例題1】（2004年上海）兩個(gè)額定電壓為220V的白熾燈L₁和L₂的U ? I 特性曲線如圖所示。L₂的額定功率約為     W；現(xiàn)將L₁和L₂串聯(lián)后接在220V的電源上，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)。此時(shí)L₂的實(shí)際功率約為      W。

【解析】99，17.5

【備考提示】本題借助于圖像信息，考查了用電器功率的計(jì)算以及用電器的串并聯(lián)關(guān)系，解答時(shí)充分挖掘圖像信息是解答的關(guān)鍵所在。同時(shí)要注意將L₁和L₂串聯(lián)后接在220V的電源上時(shí)，在圖像中的表達(dá)信息為：L₁和L₂在某一相同電流值下，電壓和為220V，很多學(xué)生不能找出該隱含條件，從而造成第二問感到無(wú)從下手。

【例題2】（2004年上海）小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大。某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）：

I ( A )

0.12

0.21

0.29

0.34

0.38

0.42

0.45

0.47

0.49

0.50

U (V )

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

⑴在左下框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0 ― 10 Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干。

⑵在右圖中畫出小燈泡的U ? I 曲線。

⑶如果將本題中的小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)是1.5V，內(nèi)阻是2.0 Ω的電池兩端，小燈泡的實(shí)際功率是多少？（簡(jiǎn)要寫出求解過程；若需作圖，可直接畫在第⑵小題的方格圖中）

【解析】⑴分壓器接法（如下圖所示）。⑵如下圖所示。⑶作出電源的U＝E－Ir圖線，該圖線與小燈泡的U ? I 曲線相交于一點(diǎn)，由此可得小燈泡工作電流為0.35 A，工作電壓為0.80 V，實(shí)際功率為0.28 W。

【備考提示】《研究小燈泡的伏安特性曲線》是高考考綱中規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，對(duì)⑴⑵兩問學(xué)生在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中已基本掌握，而第⑶問則對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行了拓展、延伸，對(duì)小燈泡的實(shí)際功率無(wú)計(jì)算公式，只能在小燈泡的伏安特性曲線上畫出電池的U―I圖線，然后找出兩曲線的交點(diǎn)，從而確定此時(shí)燈泡的工作狀態(tài)，得到實(shí)際工作功率。這考查了學(xué)生對(duì)小燈泡的伏安特性曲線的理解和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力。同時(shí)也要深入理解圖線交點(diǎn)與電路工作狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

【變式題】

1．（2003年上海）如圖所示，圖1為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。

⑴為了通過測(cè)量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_____；簡(jiǎn)要說明理由                                  。（設(shè)滑線變阻器兩端電壓恒為9V，滑線變阻器的阻值為0～100Ω）。

⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R₁=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R₂的阻值為_____   _ Ω。

⑶舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_________________________                   。

【解析】⑴2；圖2電路電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大。（或圖3電路不能測(cè)得0V附近的數(shù)據(jù)） ⑵5.2；111.8（111.6－112.0均給分） ⑶熱敏溫度計(jì)（提出其他實(shí)例，只要合理均給分）

2．（2005年上海）右圖中圖線①表示某電池組的輸出電壓――電流關(guān)系，圖線②表示其輸出功率――電流關(guān)系。該電池組的內(nèi)阻為＿＿＿＿＿Ω。當(dāng)電池組的輸出功率為120W時(shí)，電池組的輸出電壓是＿＿＿＿＿V。

【解析】5，30

3．（2006年上海）表格中所列數(shù)據(jù)是測(cè)量小燈泡U―I關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

U/(V)

0.0

0.2

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

I/(A)

0.000

0.050

0.100

0.150

0.180

0.195

0.205

0.215

⑴分析上表內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖    （填“甲”或“乙”）

⑵在方格紙內(nèi)畫出小燈泡的U―I曲線。分析曲線可知小燈泡的電阻隨I變大而         （填“變大”、“變小”或“不變”）

⑶如圖丙所示，用一個(gè)定值電阻R和兩個(gè)上述小燈泡組成串并聯(lián)電路，連接到內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為3V的電源上。已知流過電阻R的電流是流過燈泡b電流的兩倍，則流過燈泡b的電流約為       A。

【解析】⑴由小燈泡 U―I關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，電路中燈泡兩端的電壓可調(diào)為0，只有甲電路具有此功能，而乙圖的電路不具此功能。故確定實(shí)驗(yàn)電路為甲。

⑵U―I曲線如右圖所示，由所做出的U―I曲線知，曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率越來(lái)越大，說明燈泡的電阻越來(lái)越大。

⑶設(shè)b中的電流為I，依題意知a中的電流為3I，由，，及，可估計(jì)。從曲線上得此時(shí)。