在比較中鑒別，在理解中遷移

借助電流表和電壓表設計測量電阻的電路，獲得相應的 I ， U 值，進而描繪不同材料的I-U特性曲線，了解材料的導電性能和特點，是材料科學領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，可以很好地考查學生的實驗探究能力、信息處理能力和圖表應用能力，所以成為了高考中一道亮麗的風景！

1測量電路 電流表內接法與外接法

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果，從而產生系統誤差，一般要根據實際情況選擇合適的測量電路，從而使結果更加準確.

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、電流表的內阻進行比較，若 與電流表相比較大，宜采用電流表內接法；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 進行比較， 時， 與電流表內阻相比較大，宜采用電流表內接法；當 時， 與電壓表內阻相比較小，宜采用電流表外接法.

3）臨界阻值法：取臨界電阻值 ，當 時， 與電流表內阻相比較大，宜采用 電流表內接法.當 時， 與電壓表內阻 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，比較電流表的示數相對變化情況 和電壓表示數相對變化情況

如果電流表的示數有較大的變化，而電壓表的示數變化不大，說明電壓表的分流作用顯著，而電流表的分壓作用較小，為將電流測得更準確，宜采用電流表內接法；如果電壓表的示數有較大的變化，而電流表的示數變化不大，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：滑動變阻器應便于調節，如所選滑動變阻器總阻值太大，會導致可調范圍太小.d）經濟性原則：損耗能量小，如在限流和分壓均可以的情況下應選擇限流接法，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上，應優先選用限流接法.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調節.b）滑動變阻器的最大阻值遠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據.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）當材料兩端的電壓 U = 0 時，一定有材料中的電流 I=0 ，所以應該用一條過（0，0）點的平滑曲線“擬合”所描的點.

2）如圖2所示，根據 R = ，圖像上任一點 P 與坐標原點（0，O）連線OP的斜率等于電阻的倒數.當圖像是直線時，圖像的斜率就等于電阻的倒數；而當圖像是曲線時，圖像切線的斜率不等于電阻的倒數，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上是不同的，

3）在圖2中，根據 P=U I ，圖像上任一點 P 對應的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、測量誤差分析及數據處理中的易混點

一例1某實驗小組準備探究某種元件 Q 的I-U特性曲線，他們設計了如圖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S，電流表、電壓表均有示數，但無論怎樣移動變阻器的滑片，總不能使電壓表的示數調為零.原因可能是圖中的 （填 ！ 或 f ）處接觸不良.

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

（4）根據實驗測得的數據，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 （填“大于\"“等于\"或“小于\"）電阻值.

0 （1）根據圖3-乙可知，實驗中的電源是兩節解析 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，而電壓表的示數不 能調為零，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，電壓測量值準確，電流測量值 偏大，電阻的測量值偏小.

（4）根據圖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，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遵循“先串后并”的方法，即先將電源、開關和滑動變阻器的電阻絲部分串聯，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調節.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系.4）圖線上任一點對應的電阻值等于該點與原點（0，0）的連線斜率的倒數，只是電阻隨電壓或電流的變化規律與圖線上各點切線的斜率的倒數變化規律是相同的.

類型2考查儀器的選擇、電路的設計、數據的處理與分析

一例2某學習小組描繪一只小燈泡 ，0.5A）的I-U特性曲線，除了導線和開關外，還有以下一些器材可供選擇：

A.電源 E （電動勢為 3 . 0 V ，內阻不計）B.電壓表 （量程為 0 ～ 3 . 0 V ，內阻約為 2 kΩ ）C.電壓表 （量程為 0 ～ 1 5 . 0 V ，內阻約為 6 kΩ ）D.電流表 （量程為 0 ～ 0 . 6 A，內阻約為 l Ω ）E.電流表 （量程為 0 ～1 0 0 m A ，內阻約為 ））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）實驗中電壓表應選擇 ，電流表應選擇，滑動變阻器應選擇 .（填器材的符號）（2）請你在圖5-甲虛線框內為該學習小組設計電路圖，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）根據表1中的數據在圖5-丙方格紙上作出該小燈泡的伏安特性曲線.

（4）根據圖線，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，為了使測量結果更加準確，電壓表選擇B，電流表選擇D；小燈泡正常工作的最大電阻 ，電流表內阻約為 1 Ω ，電壓表內阻約為 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節，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）根據表格中的數據描點，并用平滑曲線“擬合”，如圖6-丙所示.

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

（5）根據 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）電表量程的選取應遵循安全、準確的原則，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）一般要根據已知電阻的參考值或估算的電阻值與電壓表、電流表內阻的關系選擇測量電路，減小電阻的測量誤差.3）通過描繪電學元件的伏安特性曲線來研究其電學特性時，一般要求電壓和電流能從零調至額定值，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，會造成有效調節的長度范圍較小，不方便操作；若總阻值過小，會造成整個電路的耗能過高.5）導體的伏安特性曲線是導體中的電流與導體兩端電壓的關系，電源的外特性曲線是路端電壓與干路電流的關系，二者的交點表示把該導體作為外電路接在該電源兩端時的電流和電壓，對應的功率既是導體的實際功率，又是電源的輸出功率.

通過伏安法測電阻電路的設計、測量數據、描繪材料的I-U特性曲線，分析、了解材料的電阻特性，能很好地培養學生的物理學科核心素養.要求學生具有科學探究意識和研究物理問題的好奇心，能在觀察和實驗中發現問題，設計實驗與制訂方案，獲取和處理信息，最后基于證據得出結論并作出解釋，從物理學視角解決實際問題.提升學生分析綜合、推理論證等方法在科學領域的應用能力，促進高階思維能力發展，逐步形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力.

（完）