从描绘小灯泡伏安特性曲线看滑动变阻器和电流表的连接选择

1 引言

近日在研读刚刚结束的新高三入学考试物理试卷，其中的实验题给人留下了深刻的印象，也引起了诸多反思。对滑动变阻器的分压或限流，对电流表的内接或外接，有了更深刻的认识。

2 试题回放

3 参考解析

4 分析与讨论

该题涉及到的问题很多，这里仅对滑动变阻器的分压解法或限流接法、电流表的内接或外接进行分析。

4.1 滑动变阻器分压或限流的选择

在很多高中师生的印象里，初中物理采用的都是限流法，高中物理采用的都是分压法，从试题在各种试卷和资料中出现的频率来看，确实如此。但是面对实际的实验时，是否也是如此呢？

就“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验而言，高中老师常常讲，因为描绘曲线要求力图获得更多的实验数据，要求小灯泡的电压从零开始测起，显然只有分压法才能担当起此种重责。

燃鹅，就以本题而言，在实际操作中，实验中的第一个数据组（0A、0V）并不需要进行实际测量，而是事实如此。第二个数据组（0.2A、0.5V）才是实验中实际测得的第一组实验数据。

从数据图像中可以看出，小灯泡的阻值在2.5Ω~5Ω之间。考虑到电源电动势为3V，最小电压值为0.5V，滑动变压器最大阻值只要大于待测电阻的5倍，即滑动变压器最大阻值只要大于12.5Ω，即可用限流法完成所有数据的测量。

一般而言，限流法要求滑动变阻器的阻值约为待测电阻阻值的3~5倍，分压法要求滑动变阻器的阻值小于待测电阻阻值或者与待测阻值相接近。

综合考虑，从实际情况来看，实验室常用的、最大阻值大于12.5Ω滑动变阻器，还是可以用限流法完成该实验的测量的。

4.2 电流表内接或外接的选择

一般而言，从减小实验误差的角度考虑，如果给定了电压表内阻、电流表内阻和待测电阻的阻值，我们可以通过待测电阻阻值、电压表内阻、电流表内阻三者之间的数量关系给出最佳选择。

如果没有给定待测电阻阻值、电压表内阻、电流表内阻三者之间的数量关系，我一般根据经验进行选择，即小灯泡的电阻很小，电流表的内阻很小，电压表的内阻很大，从而采用电流表的外接法。

而在本实验中，由于给出了两条伏安特性曲线，我们可以根据两条伏安特性曲线上的数据点的分布规律，分析出选择电流表外接法或者内接法的依据。

当电流为0.4A时，两种电路测得的电压值分别为1.50V和1.75V，电压的相对误差为16.7%。

当电压为1.75V时，两种电路测得的电流值分别为0.40A和0.44A，电压的相对误差为10.0%。

显然，在两种电路中，同一电流条件下电压表的读数相对误差最大，这种误差是由电流表的分压作用导致的，为了避免这种误差，需要采用电流表外接法。

5 思考

高考实验越来越接近于实际，实验问题越来越真实，以往那种死记硬背的、套路式的、经验式的、僵化的解题模式和思维模式，已经跟不上新高考物理实验命题的改革速度，命题专家、答题学生和讲评教师都应该从实验事实出发，及早适应这种变化。