典型电路图的一图多用

    在初中物理电学部分，如图1所示电路图不但综合了电流表、电压表和滑动变阻器的使用，而且利用它可以探究电流跟电压、电阻的关系以及完成伏安法测电阻和伏安法测电功率等多个重要的电学实验，这些实验内容是历年中考的热点，所以说图1是初中物理最典型的电路图之一，下面对利用这个电路图的上述几个重要实验进行分析。
　　

　　1.探究电流跟电压、电阻的关系
　　
　　本实验采用控制变量法。
　　
　　（1）探究电流跟电压的关系
　　
　　本实验应控制电阻不变，研究对象是定值电阻这部分电路，而并非整个电路，因此电流表要测定值电阻中的电流，电压表要测定值电阻两端的电压。由于串联电路中各处电流相等，因此电流表只要串联在电路中，就可以测出定值电阻中电流，而电压表应并联在定值电阻两端，才能测量定值电阻两端的电压。通过调节滑动变阻器使定值电阻两端的电压成倍地变化，来获取电流随电压变化的数据，分析实验数据可得出结论：电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。
　　
　　（2）探究电流跟电阻的关系
　　
　　本实验应控制电压不变，换用不同的电阻R，其阻值成倍数变化如5Ω、10Ω、15Ω等，通过调节滑动变阻器使阻值不同的定值电阻两端的电压保持不变，即电压表示数保持不变，得到几组不同的电流随电阻变化的数据，分析数据得出结论：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。
　　
　　本实验电流跟电压、电阻的关系图像如图2所示：
　　

　　2.伏安法测电阻
　　
　　实验原理：R＝U/I
　　
　　（1）测定值电阻的阻值
　　
　　实验电路图如图1所示，滑动变阻器的作用是改变待测电阻两端的电压和通过它的电流，目的是为了多次测量求平均值减小实验误差。测出几组数据后，利用各组数据中的电压除以电流得到电阻，发现定值电阻在不同电压下工作时，虽然导体中的电流发生了变化，但导体的电阻是不变的，这样在测出电阻的同时，还会使学生深刻认识到，导体的电阻是导体本身的一种性质，与导体两端的电压和导体中的电流无关，当导体的材料、长度、横截面积不变时，导体的电阻不变。由于定值电阻是采用阻值受温度影响小的材料制作的，因此，当定值电阻两端的电压发生变化时，定值电阻的温度虽然改变了，但定值电阻的阻值因此而发生的变化却很小，可以忽略不计。
　　
　　（2）测小灯泡的电阻
　　
　　把图1中的定值电阻换成小灯泡就是伏安法测小灯泡电阻的电路图，实验中用滑动变阻器改变小灯泡两端的电压，多测几组电压和电流的数据，分别算出相应的电阻值，进行比较。结果发现小灯泡在不同电压下电阻值明显不相等，这并不是实验误差造成的，而是因小灯泡的灯丝是采用阻值受温度影响大的材料制成的，当小灯泡两端电压增大时，它的亮度增大，温度升高，电阻增大，所以在测小灯泡电阻时多次测量求平均值是毫无意义的。
　　
　　本实验定值电阻和小灯泡的I?U关系图像如图3所示：
　　

　　3.伏安法测小灯泡的电功率
　　
　　实验原理：P＝UI
　　
　　把图1中的定值电阻换成小灯泡就是该实验的电路图，滑动变阻器的作用是改变小灯泡两端的电压，分别使小灯泡在等于、高于、低于额定电压下发光，测出三组电压和电流的数据，算出相应的电功率P，并观察每次小灯泡的发光亮度。结果发现小灯泡两端电压高于额定电压时，实际功率大于额定功率，灯泡强烈发光；小灯泡两端电压低于额定电压时，实际功率小于额定功率，灯泡发光较暗。实验表明，小灯泡的实际电功率随实际电压的升高而增大，随实际电压的降低而减小，因此本实验也不能根据三次测量数据求小灯泡电功率的平均值。
　　
　　在上述三个实验中，电路连接好后闭合开关前，都应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大端，这样闭合开关后，才能使电路中的电流最小，从而使滑动变阻器对电路起保护作用。
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