定稿伏安法测小灯泡电阻描绘伏安特性曲线学案与练习

伏安法测电阻

1.伏安法

UU

根据部分电路的欧姆定律I＝可知，电阻R，因此，只要用电压表测出电阻两端的电压U，用电

RI流表测出通过电阻的电流I，就可以求出未知电阻的阻值R。

利用电压表和电流表测电阻的方法，叫做伏安法。 U

2.伏安法测电阻的原理：部分电路欧姆定律：R＝

I

3.实验仪器：学生电源(4～6 V直流)、小灯泡(4 V、0.7 A或3.8 V、0.3 A)，电流表(内阻较小)、电压表(内阻很大)，开关和导线、滑动变阻器、坐标纸． 4.实验步骤：

（1）将灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用导线连接成如图所示电路．

（2）测出小灯泡在不同电压下的电流移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将 测量数据填入表格．

（3）画出伏安特性曲线 在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．

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)

将描出的点用平滑的曲线连结起来．就得到小灯泡的伏安特性曲线． （4）拆除电路、整理仪器． 5.注意事项：

（1）本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

（2）滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．

（3）U－I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，以防出现很大误差． （4）建立坐标系时，纵轴表示电压，横轴表示电流，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸． 6.误差分析：

（1）由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差． （2）测量时读数带来误差，严格按照读数规则．

（3）在坐标纸上描点、作图带来误差．用细铅笔，严格标度．

伏安法测电阻电表的两种接法

1.问题：现有下列仪器：电源、电压表、电流表、电键和特测电阻各一只，请同学们设计测量电阻的电路图.

有两种测量电路

①外接法

由于电流表接在电压表跨接的两点以外的电路中，故称为外接法。 外接法电路如右图所示。

②内接法

由于电流表接在电压表跨接的两点以内的电路中，故称为内接法。

内接法电路如右图所示。

2.伏安法测电阻的误差分析

①外接法的误差 a．误差产生的原因

问题：若已知电压表的内阻RV，待测电阻的测量值R测，怎样求得待测电阻的真实值R真呢？

②内接法的误差 a．误差产生的原因

问题：若已知电流表的内阻RA，待测电阻的测量值R测，怎样求得待测电阻的真实值？

3.伏安法测电阻的电路选择 （1）定量判定法

通过上述分析可以知道：无论采用电流表外接法还是电流表内接法，测量电阻都有误差，那么哪种电路的测量结果更接近待测电阻的真实值呢？

①当RV>>Rx时，电压表分流作用小，采用电流表外接法

若待测电阻的阻值比电压表内阻小得越多，因电压表分流引起的误差就越小，故采用电流表外接法。 ②若Rx>>RA，电流表的分压作用小，采用电流表内接法 若待测电阻的阻值比电流表内阻大得越多，因电流表的分压而引起的误差越小，故采用电流表内接法。

③当Rx＞RARV时，电流表分压作用小，应选用内接法。Rx＜RARV时，电压表分流作用小，应选用外接法。当Rx=RARV时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可 （2）试触法

在RV、RA均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。

b

c

滑动变阻器控制电路的选择

1.滑动变阻器的分压、限流接法：

为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式。

甲

乙

如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，RX为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：

ERX

~E(RX是待测电阻，R是滑动变阻器

RRX

的总电阻，不计电源内阻)。

如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：0~E（不计电源内阻时）。 2.选取接法的原则：

①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。

②负载电阻Rx》 R变 时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 ③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。

④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。

⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，能耗小。

当有两个变阻器供选择时，在满足电流、电压调节范围的情况下，选小电阻，这样调节的电压、电流变化就较均匀，移动相同距离，阻值变化小。

巩固练习

1.某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在a点，读得两表示数分别为U1＝3.0 V，I1＝3.0 mA，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为U2＝2.9 V,I2＝4.0 mA，如图所示，由此可知电压表应接到_______点误差较小，测得Rx值应为____Ω.

2.电流表的内阻约为0.1Ω，电压表的内阻约为10kΩ,若待测电阻约为5Ω，用伏安法测其电阻，应采用电流表 接法，若待测电阻约为500Ω,用伏安法测其电阻，应采用电流表 接法。 3.在伏安法测电阻的实验中，实验室备有下列器材：

A．待测电阻R，阻值约为10Ω左右 B．电压表Vl，量程6V，内阻约2kΩ C．电压表V2，量程15V，内阻约10kΩ D．电流表Al，量程0.6A，内阻约0.2Ω E．电流表A2，量程3A，内阻约0.02Ω F．电源：电动势E=12V

G．滑动变阻器l，最大阻值10Ω，最大电流为2A H．滑动变阻器2，最大阻值50Ω，最大电流为0.2A I．导线、电键若干

(1)为了较精确测量电阻阻值，在上述器材中选出该实验所用器材_____________(填器材前面的字母代号)。

(2)在虚线框内画出该实验电路图。

4.一只小灯泡，标有“3V、0.6W”字样。现用右下图给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻R1。（滑动变阻器最大阻值为10Ω；电源电动势为12V，内阻为1Ω；电流表内阻为1Ω，电压表的内阻为10kΩ）。

（1）在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用 （选填“内接”或“外接”）

法。滑动变阻器的连接方式应采用 （选填“分压式”或“限流式”） （2）将你所设计的实验电路图（尽量减小实验误差）画在左下方的虚线框中。

（3）用笔画线当导线，根据设计的电路图将实物图连成完整的电路（图中有三根导线已经 接好）

。开始

时，滑动变阻器的滑动触头应该移到最 端（选填“左”或“右”）。 （4）若小灯泡发光暗时的电阻为R2，你根据所学的知识可判断出R1与R2的大小关系为：R1 R2（选

填“大于”、“等于”或“小于”）

5.影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律． (1)他们应选用下图中所示的哪个电路进行实验( )

(2)①由(1)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据请在下图中作出元件Z的I－U图线．

②根据Z的I－U图线可知判断元件Z是金属材料还是半导体材料？

③把元件Z和电阻R接入如图所示的电路中，由实验测得电阻R的I－U图线如右图所示．已知电源的电动势E＝1.5 V，内阻不计．电路闭合电键S，电路稳定时，元件Z消耗的电功率为________ W.