Question

20．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Rg=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，请你设计出测量电子元件R₁伏安特性曲线的电路原理图（R₁可用“”表示）．（画在如图丙方框内）
（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．（填写器材序号）
（3）将上述电子元件R₁ 和另一电子元件R₂接入如图所示的电路甲中，它们的伏安特性曲线分别如图乙中oa、ob所示．电源的电动势E=6.0V，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4Ω（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）描绘灯泡的伏安特性曲线，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，灯泡电阻R=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
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）为方便实验操作，同时分压接法时，要求用小电阻，故滑动变阻器应选D．
（2）（3）两元件串联，流过它们的电流始图相等，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=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω
根据串并联电路特点，可知，此时流过R₃的电流为：I′=2I=0.5A，
两端的电压为：U′=E-U=6V-2.5V=3.5V
R3接入电阻的阻值为：R₃=$\frac{6-2×2.5}{0.25}$=4.0Ω；
故答案为：（1）D；（2）如图所示；（3）10；4.0

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．