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文档介绍：
纯电阻与线性元件
关于线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的讨论
摘要线性、非线性与纯电阻、非纯电阻元件的概念是分别从两个不同的角度对电学器件所进行的分类,它们之间无直接的联系。关键词线性元件非线性元件纯电阻非纯电阻元件欧姆定律
在欧姆定律一章的教学过程中常常会遇到有些资料或者一线教学的教师,对线性、非线性元件及纯电阻、非纯电阻元件和欧姆定律的适用关系出现一些概念上的混乱。所以在此我们就这个问题做一些专门的讨论。
人们对通过导体的电流与电压关系的实验研究中,发现温度变化不大时,常见的金属导体中所通过的电流与其两端所加的电压是成正比的,即电压与电流的比值是确定的;而对不同的金属导体这个比值是不同的。看来电压与电流的比值可以反映导体本身的一种性质,于是物理学中将其比值定义为导体的电阻。但是在后来的研究中发现也有一些导体所通过的电流与加在其两端的电压并不成正比,于是人们把电压与电流成正比的导体材料叫做线性元件(伏安特性曲线是直线),而把不成正比的导体材料叫做非线性元件。实验表明常见的线性元件除金属外还有电解质溶液。而常见的气态导体、半导体材料都是非线性元件。
我们知道物理学中的欧姆定律是实验定律,其内容表述是:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,而跟导体的电阻成反比。这是由于欧姆当初实验是用常见的金属导体来做实验所得出的该结论。由此
看来欧姆定律是只对线性元件而言的,或者说欧姆定律的适用范围只是线性元件。需要注意的是I=U/R这个公式对非线性元件仍然是成立的,对非线性元件I=U/R是在某一个工作状态下所对应的数学关系。
人们对用电器工作中能量转化问题的研究中,注意到有一类用电器所消耗的电能是全部转化为内能的,即电流做功用来全部产生焦耳热。所以电流所做的功W=UIt和焦耳实验定律中得到的电热Q=IR2t二者是相等的,即UIt=IR2t。化简得到U/I=R,可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用全部来自于电阻,所以这种用电器被称之为纯电阻元件。相反,有些用电器所消耗的电能并没有全部转化为内能,即电流所做的功是大于所产生的焦耳热的,由UIt&IR2t可化简得到U/I&R,可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用不纯粹来自于电阻而是还有其它的阻碍作用(感抗、容抗),所以这种用电器被称之为非纯电阻元件。
所以对纯电阻元件,其电压、电流、电阻之间还是具有等量关系的,U/I=R I=U/R U=IR都是成立的。而对非纯电阻元件因为U/I&R,所以I,U,R之间也就不再具有等量关系了。
总之,线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的概念是分别从两个不同的角度对电学元器件所进行的分类,他们之间无直接的联系。纯电阻元件可能是线性的也可能是非线性的,而对非纯电阻元件则通常都是非线性的,当然从概念上讲也不排除将来会发现或人为合成出线性的非纯电阻元件。非线性元件不适用于欧姆定律是由于电流与电压不成正比;非纯电阻元件不适用于欧姆定律则是对电流的阻碍
作用不仅有电阻还有感抗或容抗,所以U/I&R。
下面我们来看两个涉及线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的电学问题;
例题1. 要描绘某电学元件(最大电流不超过6 mA,最大电压不超过7 V)的伏安特性曲线,设计电路如图1--1所示。图中定值电阻R为1 kΩ,用于限流;电流表量程为10 mA,内阻约为5 Ω;电压表(未画出)量程为10 V,内阻约为10 kΩ;电源电动势E为12V,内阻不计。
(1)实验时有两个滑动变阻器可供选择:
a.阻值0~200 Ω,额定电流0.3 A
b.阻值0~20 Ω,额定电流0.5 A
本实验应选用的滑动变阻器是____(填“a”或“b”)。
(2)正确接线后,测得数据如下表:
图1--2 a.根据以上数据,电压表是并联在M与____(填“O”或“P”)之间的。
b.根据以上数据,在图1--2中画出该元件的伏安特性曲线。
(3)画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图(无需数值)。
【答案】(1)a (2)a. P b.见解析中图1--4
(3)见解析中图1--5
图1--5 图1--4 【解析】(1)由于电源内阻不计,所以若使用变阻器b时,流过其电阻丝的电流(触头右侧部分)I&12/20 A=0.6 A&1
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非线性元件的伏安特性
非线性元件的伏安特性
【一】 实验目的
电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。
【二】 实验装置
直流稳压电源、直流电压表2个、直流电流表2个、滑线变阻器、待测二极管、开关、导线等。
注意事项：
1． 为保护直流稳压电源，接通或断开电源前均需先使其输出为零；对输出调节旋钮的调节必须轻而缓慢。
2． 更换测量内容前，必须使电源输出为零，然后再逐步增加至需要值，以免损坏元件。
3． 测定2AP 型锗二极管的正、反向伏安特性曲线时，注意正向电流不要超过20mA ，反向电压不要超过25V 。
4． 开始实验时，作为分压器的滑线变阻器的滑动触头C 应置于使输出电压为最小值处。
【三】 实验原理
晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。
当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管，且随正向偏置电压的
增大而增大。开始电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。
当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电
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& 2013年高考物理 最有可能考的必考点训练 测电阻类基本实验
2013年高考物理 最有可能考的必考点训练 测电阻类基本实验
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资料概述与简介
2013年高考物理最有可能考的必考点“挖井”系列训练
测电阻类基本实验
1983年高考作文《挖井》给我们2013年高考备考的启示，明明知道这个点要考，我们偏偏缺乏毅力，而让考生在考场中为试题而惋惜。本系列训练就是为帮助考生训练解题毅力而编辑整理的，希望给大家一些启发。资料来源于网络，不合适地方，敬请告之，QQ：。答案后附加《成功贵在恒》。
一、电学测量仪器的使用与读数电流表、电压表、欧姆表的比较仪器 极性 量程选择 读数
电流表 有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出 使指针指示超过满偏刻度的的位置 3和3 量程估读到最小分度的；15 量程估读到最小分度的；量程估读
电压表 使指针尽量指在表盘的中间位置左右 表盘读数乘以相应挡位的倍率欧姆表
2.多用电表的使用“三注意”(1)电流的流向由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔．(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”机械零点”在0”位置．调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．(3)选倍率测量前应根据估计阻值选用适当的挡位，由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差．通常只使用表盘中间一段刻度范围．指针偏转角度在满偏到满偏之间为测量的有效范围，如当待测电阻约为2时，应采用“×100”挡．二、电流表内外比较项目 电流表内接法 电流表外接法
误差来源 电流表的分压 电压表的分流
测量结果 R测＝U/I＞R，偏大 R测＝U/I＜R，偏小
适用条件 R(测大电阻) R(测小电阻)三、控制电路(滑控制电路的比较 分压电路 限流电路
接通前滑片的位置 P位于左端，使测量电路电压为零 P位于左端，使测量电路电压最小
电压变化范围 0～U(变化范围大，且从0开始) ～U(变化范围小，且不能从0开始)
电能损耗 耗能 节能电路连接 复杂 简便2.控制电路的选择：优先选用限流式，但需注意：U、I过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或U、I过小(最大值不超过电表满量程的，读数误差大)．以下两种情况考虑分压式：(1)要求待测电路的U、I从0变化；(2)R滑读图究理读一读
想一想　(1)以上仪表怎样读数，接入电路时应注意哪些问题？(2)下列电路分别是测量哪些物理量的(课本学生实验)?
1.测量一块量程已知的电压表的内阻，器材如下：
A．待测电压表（量程3V，内阻约3KΩ）
B．电流表（量程3A，内阻0.01Ω）
C．定值电阻（R=3KΩ，额定电流0.5A）
D．电池组（电动势略小于3V，内阻不计）
E．开关两个
F．导线若干
有一同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：
（1）为了更准确的测出该电压表内阻，请在方框中画出实验电路图
（2）用你选择的电路进行实验时，需要直接测量的物理量
；用上述所测各物理量表示电压表内阻，其表达式应为Rv＝
（2）K2闭合前后电压表的读数U1、U2
2. （1）Ig＝__1×10-4A____.?
（4）Rx=(U1－U2)
3. 现有一个由新材料制成的电阻，某同学要测量其阻值，它的实验步骤如下：
⑴用多用电表的电阻“×10”挡进行测量时表盘的示数如图5所示，请读出其阻值约为
⑵用伏安法进行更为精确的测量．现有的其它器材规格及其代号如下：
A．电流表A1 (0～5 mA，内阻约为100 Ω)
B．电流表A2(0～20 mA，内阻约为25 Ω )
C．电压表V1(0～3 V，内阻约为10 kΩ)
D．电压表V2(0～15 V，内阻约为25 kΩ)
E．滑动变阻器R(阻值范围0～15 Ω，允许通过的最大电流为2.0 A)
F．直流电源E(电动势4 V，内阻不计)
H．导线若干
为使电表调节范围较大，测量时电表示数不得小于量程的，电流表应选________，电压表应选________。(填写器材的代号)
请在虚线框中画出你设计的测量电路图。
电路图应为外接 分压
4. 两位同学在实验室中利用如图a所示的电路测定值电阻Ro、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据，另一位同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据，并根据数据描绘了如图b所示的两条U－I图线
请根据图a用笔划线代替导线将图c中的器材连接起来2）根据图b，可以求出定值电阻Ro=____，电源电动势E=____V，内电阻r。
（3）若考虑电表内阻的影响，实验中的测量值____真实值，电源电动势的测量值____真实值（填“大于”、“小于”或“等于”）
(1)电路连图如图所示
（3分）(2)2.0 Ω；1.50 V，1.0 Ω
(每空1分)(3)小于，小于 （每空2分）
（2）在右侧的虚线框内画出测量Rx的电路图。
（3）测量Rx的主要步骤为：
A．用导线按测量电路图将实物连接起来；
B．将滑动变阻器的滑片滑到阻值最大的位置，闭合开关S；
C．将滑动变阻器R滑动头置于合适的位置，读出此时电压表的示数U和电流表的示数I；
D．断开开关S。
测量Rx的公式为Rx=
（各物理量均用题中对应的字母表示）。
6. 某同学测量Ω的电阻R的器材及规格如下：
电流表A（量程0～10mA，内阻约0Ω）
电压表V（量程0～3V，内阻约5Ω）
直流电源E（电动势4V，内阻不计）
滑动变阻器R1（阻值范围0～Ω，允许通过的最大电流A）
开关导线若干
（1）为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析。请用实线补充图的实物连线，连成测量R的电路。
（2）闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的滑片移至
端。（填“a”或“b”）
（3）闭合开关S滑动变阻器R1的滑片移至和电压表，滑动变阻器R，电阻箱Rp，开关S1,S2，导线若干.他设计的实验方案如下：
⑴实验电路图如图甲所示，连接好电路(请你帮他按电路图甲在实物图乙上连线).
(2)闭合S1断开S2，调节R和Rp使电表示数尽可能接近满偏,电表示数分别为I1,U1，但该同学在实验时 发现:调节Rp时，两电表示数均发生明显变化,而调节R时,两电表示数均不发生变化.请你帮他分析 一下，导致这一现象的故障最可能的是______.
A开关S1断路
B误将电压表串联接人电路
C. 电阻箱接人电路时短路或断路
D. 滑动变阻器接入电路时有误
(3)排除故障后，保持Rp阻值不变，闭合S2,调节R使电表示数尽可能接近满偏，电表示数分别为I2 U2.据公式Rx=______(用两电表的示数I1,U1和I2、U2表示)可求出被测电阻的阻值.
(4)误差分析:电学实验中，因为电表不是理想电表,带来了一定的系统误差,该同学设计的实验方案中，电表引起的系统误差使被测电阻R:的测量值______ (填“偏大”、“偏小”或“没有系统误差”).
=。联立解得Rx=。
若考虑电表内阻，则有=+；=++；联立解得Rx=。这说明该同学设计的实验方案没有系统误差。
8. 要用伏安法较准确地测量一约为100Ω的定值电阻兄的阻值，除待测电阻Rx外，提供的实验器材如下：
电压表V (量程为10V，内阻约为lkΩ)
两块电流表A1、A2 (量程为30mA，内阻约为3Ω)
滑动变阻器(阻值0~10Ω,额定电流足够大）
定值电阻R1（阻值约100Ω)
电阻箱R2 (阻值0~999.9 Ω)
开关、导线若干
直流电源（电动势约9V，内阻很小）
由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装(扩大量程)，然后再进行测量.
(1)测量A2的内阻
按如图所示的电路测量A2的内阻，以下给出了实验中必要的操作：
B.闭合S1、S2
D.调节R2,使A1的示数为I1，记录R2的阻值
E.断开S2，闭合S3
F.调节滑动变阻器R使A1、A2的指针偏转适中，记录A1的示数I1
请按合理顺序排列实验步骤（填序号）：__________.
(2) 将电流表A2(较小量程)改装成电流表A(较大量程）
如果(I)步骤D中R2的阻值为3.6Ω，现用电阻箱R2将A2改装成量程为90mA的电流表A，应把R2阻值调为_______Ω与A2并联，改装后电流表A的内阻RA为______Ω。
(3)利用改装后电流表A、电压表较准确地测量尽的阻值，在所提供的实物图中，部分接线已接好，请将电路接线补充完整。
（4A2的示数为24mA时，电压表的示数为6.84V，则Rx的阻值为____Ω。
9. 有一待测的电阻器Rx，其阻值约在40～50Ω之间，实验室准备用来测量该电阻值的实验器材有：
电压表V(量程0～10 V，内电阻约20 kΩ) ;
电流表A,（量程0～500 mA，内电阻约20Ω);
电流表A,（量程0～300 mA，内电阻约4Ω) ;
滑动变阻器R,（最大阻值为10Ω,额定电流为2 A) ;
滑动变阻器R2（最大阻值为250Ω，额定电流为0.1 A);
直流电源E（电动势为9V，内电阻约为0. 5Ω);
开关及若干导线．
实验要求电表读数从零开始变化，并能多测出几组电流、电压值，以便画出I－U图线．
(1)电流表应选用
．(2）滑动变阻器选用
（选填器材代号）). (3)请在如图甲所示的方框内画出实验电路图，并将图乙中器材连成符合要求的电路．
答案：(1 )A1
(3）电路图如图所示
10. 某同学测量一只未知阻值的电阻．
(1)他先用多用电表进行测量，按照正确的步骤操作后，测量的结果如图甲所示，请你读出其阻值大小为
，为了使多用电表测量的结果更准确，该同学接着应该进行哪些操作？
(2)若该同学再用“伏安法”测量该电阻，所用器材如图乙所示，其中电压表内阻约为5 kΩ，电流表内阻约为5Ω，变阻器阻值为50Ω．图中部分连线已经连接好，为了尽可能准确地测量电阻，请你完成其余的连线．
(3)该同学按照“伏安法”测量电阻的要求连接好图乙电路后，测得的电阻值将
（填“大于”、“小于”或“等于”）被测电阻的实际阻值．
答案：(1)1. 0 KΩ
将选择开关打到“×100”挡；将两表笔短接，调节调零旋钮，进行欧姆挡调零；再将被测电阻接到两表笔之间测量其阻值并读出读数；测量完毕将选择开关打到“OFF”挡．
(2）如图8所示．
(3）大于．
漫画“这下面没有水，再换个地方挖”，画面风趣，富有哲理，看后颇有启发：成功贵在“恒”。
某君挖井，挖了一个又一个，可都没有成功，原因何在？从画面上我们不难看出有些井只要某君再努力一下，是可以挖成的，这其实就是因为缺少“恒”。
“恒”与成功往往是统一的。“恒”的结果可导致成功，成功的原因少不了“恒”。很多科学史实都说明了这一点。漫画“这下面没有水，再换个地方挖”，画面风趣，富有哲理，看后颇有启发：成功贵在“恒”。
某君挖井，挖了一个又一个，可都没有成功，原因何在？从画面上我们不难看出有些井只要某君再努力一下，是可以挖成的，这其实就是因为缺少“恒”。
“恒”与成功往往是统一的。“恒”的结果可导致成功，成功的原因少不了“恒”。很多科学史实都说明了这一点。
大发明家爱迪生为了研究出理想的白炽灯丝，进行了上千次的试验，先用竹叶，后用金属，几乎所有的金属都被他试验过了，正是由于他能做到“恒”，才取得了理想的结果。曾两次获得诺贝尔奖的居里夫人，从上千吨的矿石中提炼出几克的“镭”，终于取得成功。
也许有人说，既然成功贵在“恒”，那么某君挖“井”挖了一个又一个不也是“恒”吗？其实我们所说的“恒”，就是要持之以恒，而不是浅尝辄止，功亏一篑。而某君虽然挖了不少井，但缺乏坚持不懈的精神，所以还是以失败告终，这当然不能叫做“恒”。爱迪生、居里夫人为了研究新成果，虽然经历过失败，甚至比某君挖“井”失败的次数还要多，但他们能从失败中吸取教训，把失败作为成功之母，发扬“恒”的精神，而不像某君在挖“井”时，刚挖了一段就主观认为“这里没有水”，另起炉灶，结果是可想而知的。
其实，不光某君挖井是这样，在现实生活中又何尝没有这样的人呢？有些人在学习上不知难而进，一遇到困难就畏缩不前，缺少“恒”心，也有些人办事虎头蛇尾，开始信心十足，正像某君那样“裤子卷到膝盖”，可是五分钟热度，常常是功败垂成。
因此，做一件事，无论是大事还是小事，都要有始终如一的恒心，不然是绝不会成功的。正像炼钢的高炉，若在强热后突然停止输热，那么一炉可以炼成纯钢的铁水也会变成废铁的。青年朋友们，记住这一！
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