Question

9．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（0-0.6А，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=10.0V，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20Ω（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，根据图象乙求出此时流过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R₃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，作出电路图如图所示；
（2）电路中滑动变阻器采用分压接法，为了实验操作方便，所以要选择总阻值较小的滑动变阻器D；
（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=$\frac{U}{I}=\frac{2.5}{0.25}Ω=10Ω$
根据串联电路的特点，可知，此时流过R₃的电流为：I′=I=0.25A
两端的电压为：U′=E-2U=10V-2.5×2V=5V，R₃=$\frac{U′}{I′}=\frac{5}{0.25}Ω=20Ω$
故答案为：（1）如图所示；（2）D；（3）10，20．

点评 本题考查伏安特性曲线实验中的电表及接法的选择；另外注意滑动变阻器分压及限流接法的区别及选择，解题关键是结合图象以及电路的串并联知识进行数据处理．