1、1谈“描绘小灯泡的伏安特性曲线”教学中应注意的相关问题在初中“伏安法测电阻”已经作为学生实验做过，到高中做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时有了一定电学基础，问题应该不大。但我在指导学校 7 个理科班四百多人做此实验时，发现学生对这个实验从选表到整理器材的过程都还是存在不少问题。下面就学生在实验过程中出现的一系列问题逐一提出并加以讨论。 一、电表 1.量程的选择 教材采用的是“4V，0.7A”或“3.8V，0.3A”的小灯泡，而大多中学实验室里只有“3.8V，0.3A”这种规格的小灯泡。采用这种灯泡，通过实验数据分析表明，小灯泡在 03V 范围变化时，足以反映小灯泡灯丝电阻的非线性特性，在
2、00.2V 时基本呈线性；在 0.2V0.6V 时非线性最为明显；在 0.6V3V 时又近似呈线性，若电压表用 015V 挡，读数带来的偶然误差就很大，所以电压表可采用 03V 挡，电流表用00.6A 挡。 2.误差分析 2.1 绝对误差 伏安法测电阻是根据部分电路欧姆定律来进行测量的。它的测量值和真实值应该是 R 测=，R 真=，即使是测量十分准确的电压表和电流2表，由于电压表和电流表都有内阻，导致了电阻的测量值和真实值存在误差。 当选用外接法（a）时，电压表与电阻并联，电压表的读数就是电阻两端的电压，但电流表测量的是通过电阻和电压表的总电流，因此测量值要小于真实值，实际上测量的电阻值是电压
3、表内电阻和电阻并联的阻值。如果电阻 Rx 的值远小于电压表的内阻 RV，电压表分去的电流很小，这时电流表测量的电流就接近于通过电阻的电流，所以外接法适合于测小电阻。 当选用内接法（b）时，电流表与电阻串联，电流表的读数就是电阻的电流值，但电压表测的是电阻和电流表的总电压，所以测量值大于真实值，实际上测量的电阻值是电阻与电流表内电阻串联的总电阻值。如果电阻 Rx 的值远大于电流表的内阻 RV，电流表分去的电压很小，这时电压表测量的电压就接近于电阻两端的电压，所以内接法适合于测大电阻。2.2 系统的相对误差 由于外接法（a）测量的实际上是电阻和电压表并联的电阻，所以： 相对误差=100% 内接法（
4、b）测量的实际是电阻与电流表的串联电阻，所以： 相对误差=100% 当内、外接法相对误差相等时，有=，所以，R0RARV（RA？垲RV）为临界值。 3.电流表的连接 3伏安法测电阻时，电流表的连接有两种方式，内接法和外接法。究竟采取哪种接法主要取决于哪一种连接的相对误差小，很多同学在学了伏安法测电阻后，分不清什么时候采用内接法，什么时候采用外接法，仅是知道测大电阻用内阻法，测小电阻用外接法，但在测量既不是很大也不是很小的电阻时，就不清楚采用哪种接法才能使测量的误差最小。下面就来谈谈在伏安法测电阻时内接法与外接法的选择。 3.1 利用公式法 当 Rx（即 Rx 为大电阻）时用内接法。 当 Rx，
5、说明电压表内阻带来的影响大，即电阻跟电压表的电阻相差较小，属于“大电阻” ，应采用内接法，如果，说明电流表内阻带来的影响大，即电阻跟电流表的电阻相差较小，属于“小电阻”应采用外接法。 对于本实验小灯泡的电阻 Rx 对于以上介绍的三种方法同学们在理论上都是清楚的，但到具体操作时，选择内接法的人数仅占有 5%，这就说明同学们的自主探究能力有待提高。教师教学时应适时引导学生通过计算和对比，才会对电表做出正确的选择。 二、滑动变阻器的接法 近几年的高考物理实验题中，多次重复考查滑动变阻器的两种接4法分压式与限流式。虽多次重复考查，但仍有不少学生出错。为什么会出现这一现象？主要原因是学生没有掌握两种连接
6、方式的特点及其作用，遇到具体问题时不知道该选用哪种连接形式。通过比较限流电路和分压电路的特点，那应该如何选择电路连接方式？ 1.限流电路 设电源电动势为 ，内阻不计，滑动变阻器的最大电阻为 R，负载电阻为 Rf。如图 3 所示，电路中滑动变阻器起限流作用。负载的电压可以从/（）? 到 范围做变化。限流电路对通过负载上电流强度的控制情况怎样呢？根据欧姆定律/（） ，当时，主要取决于，调节的大小可使有明显的变化。当时，主要取决于，特别是当？垲时，无论怎样改变的大小，也不会使有明显的变化可见，只有在（或者相差不多）的情况下，改变滑动变阻器触头的位置，才会使有明显的变化，其变化范围为 /（）/，从而起
7、到对的控制作用。 2.分压电路 如图 4 所示，电路中滑动变阻器起分压作用，滑片自端向端滑动，负载上的电压变化范围为 0。显然，滑动变阻器被当做分压器使用时，调节负载上电压的范围比限流时调节范围大。分压电路对通过负载上电流强度的控制情况又怎样呢？不管的大小如何，调节滑动触头的位置，都可以使由零变化到 ，即有明显的变化 53.如何选择连接方式 在负载电流要求相同的情况下，限流电路中干路电流比分压电路中干路电流更小，所以限流电路中消耗的总功率小，电源消耗电能就小，这说明限流电路有其突出的节能优点。因此，从减少电能损耗的角度考虑，通常滑动变阻器应选用限流接法。但在下列三种情况下，必须选择分压器连接方
8、式。 （一）当用电器的电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时，必须选用分压电路。 例 1 某电压表的内阻在 2050 之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表（量程 3） ；电流表（量程 200） ；电流表（量程 5） ；电流表（量程06） ；滑动变阻器（最大阻值 1） ；电源（4） ；开关；导线若干。 （1）所提供的电流表中，应选用_（填写字母代号） ； （2）为了尽量减小误差，要求测多组数据，试画出符合要求的电路图。 分析 （1）电路中的最大电流值02（应将 20 代入） ，故电流表应选。 （2）由于滑动变阻器的阻值远远
9、小于电压表的内阻，且要求测多组数据，故采用变阻器的分压连接方式，实验电路图如图 5 所示。若变阻器连接成限流电路，由于？垲，实验测量的、几6乎不随的变化而改变，很难测出几组明显不同的值，更谈不上尽量减小误差。 （二）若采用限流电路，而且电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用分压电路。 例 2 用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻（约 100） ；直流电流表（量程 010、内阻 50） ；直流电压表（量程 03、内阻 5） ；直流电源（输出电压 4、内阻不计） ；滑动变阻器（015、允许最大电流 1） ；开关 1 个，导线若干。根据器材的规格和实验要求画出实验电路图。 分
10、析 若滑动变阻器采用限流式连接，即使变阻器调到最大阻值，通过电路的电流 （）2410 仍大于直流电流表的最大量程，故滑动变阻器应采用分压式连接。 又因为500，故采用电流表外接法。实验电路如图 4 所示。 （三）要求回路中某部分电路的电流或电压从零开始可连续变化时，必须选用分压电路。 例 3 将量程为 100 的电流表改装成量程为 1的电流表，并用一标准电流表与改装后的电流表串联，对它进行校准（核对） 。较准时要求通过电流表的电流能从零连续调到 1。试按实验要求画出电路图。分析 校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到 1，则实验7电路只能选择分压电路，否则电流表读数不能从零连续可调，电路如图7 所示。 可见，掌握了分压与限流接法的选择原则和电路特点，对解决滑动变阻器的连接问题是颇为方便的，对此，教师应强调，因本实验采用的是分压式接法如图 4 所示，在闭合开关前为了不烧坏电流表，电压表以及被测电阻，一定要将滑片 P 调到 a 端，让被测电压从零开始增加。 （作者单位：湖北省麻城实验高中）
