人教版高中物理选修3-1：恒定电流_课件1

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(2012·四川)某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的 伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
小灯泡 L，规格“4.0 V,0.7 A”； 电流表 A1，量程 3 A，内阻 r1 约为 0.1 Ω； 电流表 A2，量程 0.6 A，内阻 r2＝0.2 Ω； 电压表 V，量程 3 V，内阻 rV＝9 kΩ； 标准电阻 R1，阻值 1 Ω； 标准电阻 R2，阻值 3 kΩ；
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在测量电路中，一般有电流表内接和外接两种方式，对于给 定电表内阻的情况，应先比较 R0 与待测电阻 Rx 的关系，其中 R0＝ RARV，若 Rx>R0，则设计为内接；若 Rx<R0，则设计为外 接；若电表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行改装．在 控制电路中，变阻器有分压式、限流式两种接法，若变阻器阻值 较小，一般设计为分压式；若变阻器阻值较大，一般设计为限流 式，在二者都可行时，应先考虑限流方式，但下面三种情形必须 设计为分压式接法：(1)数据要求从 0 开始；(2)变阻器阻值太小、 限流限不住；(3)变阻器调节时，不能获取有区分度的多组数据．
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三、实验器材 小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表 (0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值 20 Ω) 一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐 标纸、铅笔．
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四、滑动变阻器的限流接法和分压接法
1．两种接法比较
方式 内容
限流接法
分压接法 对比说明
两种接法 电路图
串、并联 关系不同
负载R上电
RE R＋R0
压调节范围 ≤U≤E
0≤U≤E
分压电 路调节 范围大
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方式 内容
负载R上电 流调节范围
限流接法
E R＋R0 ≤I≤ER
闭合S前触 头位置
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1．(2013·青岛模拟)在描述小电珠的伏安特性曲线时，采用 如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表 的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是( )
A．电珠中灯丝已烧断 B．滑片接触不良 C．电珠内部短路 D．滑动变阻器 A 端接触不良 答案：C
b端
分压接法 对比说明
0≤I≤ER a端
分压电 路调节 范围大
都是为了 保护电路 元件
由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电
流的调节范围很大，限流式接法较节能．
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2．两种接法的选择
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(2)两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值 小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻 相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)． 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 总电阻要大)． 如果Rx很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调 节范围也比较大．Rx很大时，分压式接法中Rx几乎不影响电压 的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．
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六、数据处理 1．在坐标纸上以 U 为横轴，以 I 为纵轴，建立坐标系． 2．在坐标纸上描出各组数据所对应的点．(坐标系纵轴和横 轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)． 3．将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏 安特性曲线．
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5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记 录 I 后马上断开开头．
6．误差较大的点要舍去，I－U 图线应是平滑曲线而非折线.
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考向一 实验原理及操作 (2012·高考安徽卷)下图为“测绘小灯泡伏安特性
曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为 2.5 V. (1)完成下列实验步骤：
②由图知小灯泡正常工作时 U＝2.8 V，I＝0.28 A，电阻 R ＝UI ＝10 Ω；
③由串联分压知：R＝E－I2.8＝11 Ω. 【答案】 ①A D E ②10 Ω ③11 Ω
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实验电路设计的思路与方法 电路设计也是高考实验题中常考题型之一．首先应明确题目 的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规 律，或要求设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：安全、 方便、经济．任何实验电路都由测量电路和控制电路构成，测量 电路又由电表和被测元件构成，而控制电路由变阻器、开关、电 源构成．
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①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑 变动阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过 电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电 压)，则必须选用分压式接法．
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在 限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电 阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路．
灯丝．
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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．电流表选择 0.6 A 量程，电压表量程的选择视小电珠的 额定电压而定，即使用的若是“3.8 V,0.3 A”的小电珠，选用电压 表的 15 V 量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠，则选用电压表的 3 V 量程．
小，与 0～0.6 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 连接：目的是使小电珠两端的
电压能从零开始连续变化．
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 零 的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，
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
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2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无 误后，闭合开关 S.
3．移动滑动变阻器滑片位置，测出 12 组左中不同的电压值 U 和电流值 I，并将测量数据填入表格中，断开开关 S.
U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 I(A)
U(V) 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I(A) 4.拆除电路，整理仪器．
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【答案】 (1)①使它靠近变阻器左端的接线柱 ②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读 数，直至电压达到额定电压 (2)如图所示．
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高中电学实验对于电路的设计主要分两大 块：(1)测量电路的设计；(2)供电电路的设计.
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(3)考虑到电流表 A1 量程太大，远远大于小灯泡的额定电流 值，故选择更小量程的电流表 A2 较好，由于 A2 表量程小于灯泡 的额定电流，故需要将电流表 A2 进行扩容，故将标准电阻 R1 与电流表 A2 并联进行分流扩容．由于电流表和电压表内阻均已 知，故扩容后的电流表采用内接法还是外接法均可．
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【尝试解答】 (1)由题图知电压表读数为 2.30 V，通过 L 的电流为 0.46 A，由欧姆定律计算得小灯泡 L 的电阻为 5 Ω.
(2)标准电阻 R2＝3 kΩ，是电压表内阻的三分之一，电压表 两端电压为 3 V 即满偏，故标准电阻 R2 两端电压为 1 V，即小 灯泡 L 两端电压为 4 V.
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【答案】 (1)5 (2)4 (3)
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本题以描绘小灯泡的伏安特性曲线实验为情 境，考查电流表和电压表的改装，电流表的内外接法，滑动变阻 器的分压式与限流式接法，电表读数，电路设计，误差分析等知 识．这些基本方法都是电学实验的基础，而电学实验题的答卷中 往往暴露出考生对这些基本实验能力存在严重的欠缺，因此平时 在复习过程中要重视基本实验规律的掌握和实验设计有力的培 养，务必透彻理解电表的改装的原理与计算方法，滑动变阻器的 分压式接法与限流式接法的区别，电流表内、外接法的区别及误 差分析，掌握好电表的读数方法．
实验：描绘小电珠的伏安特性曲线
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一、实验目的 1．描绘小电珠的伏安特性曲线． 2．分析伏安特性曲线的变化规律．
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二、实验原理 1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠 两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应 点，用一条平滑的曲线将这些点连起来． 2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内 接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从 零 开 始连续变化．
(2)乙同学又设计了如图 3 所示的电路来进行测量，电压表 指针指在最大刻度时，加在 L 上的电压值是________V.
(3)学习小组认为要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲 线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材， 在图 4 所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器 材代号．
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②通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图所示．由图线可 求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω.
③若将此灯泡与电动势 6 V、内阻不计的电源相连，要使灯 泡正常发光，需串联一个阻值为________Ω 的电阻．
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【解析】 ①小灯泡的额定电压为 2.8 V，故电压表选 A， 额定电流 I＝UP＝02..88＝0.29 A，故电流表选 D，滑动变阻器分压 接，用小阻值，选 E；
考向二 实验数据分析
(2013·开封市高三质量检测)有一个额定电压为 2.8 V，功率约为 0.8 W 的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡 的 I－U 图线，有下列器材供选用：