Question

18．某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某电子元件R₁（6V，2.5W）的伏安特性曲线，要求多次测量并尽可能减小实验误差，备有下列器材
A．直流电源（6V，内阻不计）
B．电流表G（满偏电流3mA，内阻10Ω）
C．电流表A（0～0.6A，内阻未知）
D．滑动变阻器R（0～20Ω，5A）
E．滑动变阻器R′（0～200Ω，1A）
F．定值电阻R₀（阻值为1990Ω）
G．开关与导线若干

（1）根据题目提供的实验器材，请你设计测量电子元件R₁伏安特性曲线的电路原理图（R₁可用“”表示）（请画在图1方框内）．
（2）在实验中，为了操作方便且能够准确地进行测量，滑动变阻器应选用D（填写器材前面的字母序号）．
（3）将上述电子元件R₁和另一个电子元件R₂接入如图所示的电路2中，他们的伏安特性曲线分别如图3中oa、ob所示，电源的电动势E=7.0V，内阻忽略不计，调节滑动变阻器R₃，使电子元件R₁和R₂消耗的电功率恰好相等，则此时电子元件R₁的阻值为10Ω，R₃接入电路的阻值为8.0Ω（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）在该实验中，滑动变阻器采用分压接法，由于没有电压表，因此需要用已知内阻的电流表G进行改装，由此可画出原理图．
（2）在保证安全的前提下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器．
（3）电子元件R₁和R₂消耗的电功率恰好相等，说明它们的电压和电流相等，根据图象求出此时流过R₁和R₂的电压电流，从而求出R₁的阻值，根据串并联知识进一步求出滑动变阻器接入电路中的电阻值．

解答 解：（1）描绘伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；
由题意可知，没有电压表，需要用已知内阻的电流表G与定值电阻R₀串联测电压，
电压表内阻为10+1990=2000Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示：

（2）滑动变阻器采用分压接法，所以在选择时选择总阻值较小的滑动变阻器D，便于调节．
（3）电子元件R₁和R₂消耗的电功率恰好相等，说明它们的电压和电流相等，
由图（3）乙可知，此时电阻两端的电压为U=2.5V，I=0.25A，
根据欧姆定律得：R₁=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω，
根据串联电路特点，可知，此时流过R₃的电流为：I′=I=0.25A，
两端的电压为：U′=E-2U=7V-2.5×2V=2V，
R₃接入电路的阻值为：R₃=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{2}{0.25}$=8.0Ω．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）D；（3）10，8.0．

点评 本题考查实验中的仪表选择及接法的选择；应注意滑动变阻器分压及限流接法的区别及应用，同时还要学会结合图象以及电路的串并联进行数据处理．