第十一章 电路及其应用章末优化提升（教师用书）-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版）

[对应学生用书第81页] 考点一　描绘小灯泡的伏安特性曲线 1．实验电路 (1)电流表的内、外接法：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。 (2)滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图所示。 2．实验器材 小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。 3．实验步骤 (1)确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按如图所示的电路图连接好实验电路。 (2)把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查无误后，闭合开关S。 (3)改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关S。 (4)拆去实验线路，整理好实验器材。 4．数据处理 (1)在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。 (2)连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。 (3)根据图像计算电阻时，应用R＝来计算。 5．误差分析 (1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响是会带来系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。 (2)测量时，读数带来偶然误差。 (3)在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。 6．注意事项 (1)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使小灯泡两端电压为零的位置。 (2)在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。 (3)在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至量程左右。 (4)测绘I－U(U－I)图像时要注意三点：一是标度选取合理。即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。 [例1]　有一个小灯泡上标有“4 V　2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小灯泡的伏安特性曲线，现有下列器材供选用： A．电压表V1(0～6 V，内阻约10 kΩ) B．电压表V2(0～15 V，内阻约20 kΩ) C．电流表A1(0～0.3 A，内阻约1 Ω) D．电流表A2(0～0.6 A，内阻约0.4 Ω) E．滑动变阻器R1(0～10 Ω) F．滑动变阻器R2(0～100 Ω) G．学生电源(直流6 V)、开关及导线 (1)为了调节方便，测量尽可能准确，实验中应选用电压表____________，电流表____________，滑动变阻器____________。(填器材前的选项符号) (2)为使实验误差尽量减小，要求从零开始多取几组数据，请用(1)中所选的仪器在图1虚线框中画出实验电路图。 (3)P为图2中图线上的一点，PN为图线上P点的切线，则由图可知：随着所加电压的增加，小灯泡的电阻将____________(选填“增大”“减小”或“不变”)，对应P点，小灯泡的电阻值约为____________ Ω。(保留三位有效数字) [解析]　(1)电压表应选量程和小灯泡额定电压接近的，故电压表选用A；根据小灯泡额定电压、电功率可得额定电流I＝＝0.5 A，故电流表选用D；实验数据要求从0开始取得，那么，滑动变阻器采用分压式接法，故滑动变阻器选用E。 (2)小灯泡内阻较小，故电流表采用外接法；那么，电路图如图所示： (3)由图可得：随着所加电压的增加，斜率减小，故电阻增大。 R＝＝＝4.89 Ω。 [答案]　(1)A　D　E　(2)见解析图　(3)增大　4.89 考点二　电表半偏法测电阻 1．“半偏法”测电流表的内阻 (1)测量原理：电路如图所示，闭合S1，调节R1使A的指针满偏；再闭合S2，调节电阻箱R2，使A的指针半偏，读出R2的值，则RA＝R2。 (2)误差分析：实验中当A的指针半偏时，我们认为电路中总电流保持不变，电阻箱分走了一半的电流，故RA测＝R2。而实际上当S2闭合后电路总电阻变小，总电流变大，当电流表半偏时，通过电阻箱的电流大于通过电流表的电流，故RA>R2，因此用半偏法测电流表的内阻时测量值相对真实值偏小。实验中误差产生的原因是并联上电阻箱后总电阻变小，电路中总电流变大了。要减小误差就应减小因并联上电阻箱时电路总电阻变小的影响，因而在电路安全的前提下，常用的减小误差的措施有：选用较大的R1、选用较大电动势的电源等。 2．“半偏法”测电压表的内阻 (1)实验电路如图所示，闭合开关S之前，电阻箱的阻值调到零，滑动变阻器R′的滑片P滑到左端。闭合开关S，调节滑片P的位置使电压表V的示数为满刻度值U0；保持滑动变阻器滑片位置不变，再调节电阻箱的阻值，使电压表V的示数变为U0，读取电阻箱的阻值R，则有RV＝R。 (2)误差分析：当电压表V的示数变为U0时我们认为电阻箱分一半电压，故RV测＝R。而实际上，当电压表V的示数调为满刻度值U0后，再调电阻箱阻值，使电压表V的示数变为U0时，加在电压表V与电阻箱两端的电压值实际已超过U0，即此时电阻箱两端的电压值已大于U0，因此，RV测>RV，此种方法测量值偏大。实验中误差产生的原因是串联上电阻箱后电路中A、P两点间总电阻变大，A、P间电压变大，电压表V半偏时电阻箱两端的电压大于电压表的电压，故RV<R，因此用半偏法测电压表的内阻时测量值相对真实值偏大。要减小误差就得减小因串联电阻箱对电路总电阻的影响，因而在安全的前提下R′可选取阻值较小的滑动变阻器。 [例2]　有一电流表A，量程为1 mA，内阻rg约为100 Ω，要求测量其内阻。可选用的器材有：电阻箱R1，最大阻值为99 999.9 Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10 kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2 kΩ；电源E1，电动势约为2 V，内阻不计；电源E2，电动势约为6 V，内阻不计；开关2个；导线若干。 采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下： a．断开S1和S2，将R调到最大； b．闭合S1，调节R使电流表A满偏； c．闭合S2，调节R1使电流表A半偏，此时可以认为电流表A的内阻rg＝R1。 试问： (1)为了使测量尽量精确，滑动变阻器R应该选择____________；电源E应该选择____________。 (2)认为内阻rg＝R1，此结果与真实值相比____________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。 [解析]　(1)为减小误差，电流表的电阻应远远小于滑动变阻器的电阻，要求R的阻值很大，故R应选滑动变阻器甲，电源选择电动势较大的E2，误差较小。 (2)根据闭合电路的欧姆定律及电路特点可得，闭合S1，调节R使电流表满偏，Ig＝，闭合S2，调节R1使电流表半偏，电路中的总电流I＝，故I＞Ig。通过电阻箱的电流I1>Ig，根据并联电路的特点知rg>R1，若认为内阻rg＝R1，结果比真实值偏小。 [答案]　(1)滑动变阻器甲　E2　(2)偏小 [例3]　如图所示是用半偏法测量电压表内阻的电路图。以下是备用仪器： A．待测电压表(3 V，内阻1 500 Ω左右) B．电源E(4 V，2 A，内阻很小) C．电阻箱(0～999.9 Ω) D．电阻箱(0～9 999.9 Ω) E．滑动变阻器(0～20 Ω，3 A) F．滑动变阻器(0～2 000 Ω，2 A) G．开关两个，导线若干 (1)为保证测量精度，电阻箱应选____________；滑动变阻器应选____________。(填代号) (2)完善下列实验步骤： a．闭合开关K2并将滑动变阻器的滑片调至____________，然后闭合开关K1； b．调节滑动变阻器使电压表恰好满偏； c．____________________________________________________________________，使电压表的指针恰好指在中间刻度(半偏)，此时电阻箱的示数为R。那么，该电压表内阻的测量值为____________。 [解析]　(1)在半偏法测电阻的实验中，电阻箱的阻值应与待测电压表的阻值相近，故电阻箱应选D，而滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，滑动变阻器应选最大阻值较小的E。 (2)a.在测量数据时，电压要从较小数值开始变化，因而滑动变阻器的滑片开始时应在最左端。c.由于采用半偏法测量，因而应断开开关K2，调节电阻箱的阻值，使电压表的指针恰好指在中间刻度，即半偏，由串联电路知识可知，电压表与电阻箱电压近似相等、电流相等，因而电压表的内阻的测量值为R。 [答案]　(1)D　E　(2)a.最左端　c．断开开关K2，调节电阻箱的阻值　R 学科网（北京）股份有限公司 $$