Question

9．某物理學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)過(guò)程中，用伏安法研究某電子元件R₁（6V，2.5W）的伏安特性曲線，要求多次測(cè)量盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差，備有下列器材：

A．直流電源（6V，內(nèi)阻不計(jì)）B．電流表G（滿偏電流3mA，內(nèi)阻Rg=10Ω）
C．電流表A（0-0.6А，內(nèi)阻未知）D．滑動(dòng)變阻器R（0-20Ω，5A）
E．滑動(dòng)變阻器R，（0-200Ω，1A）F．定值電阻R₀（阻值1990Ω）
G．開(kāi)關(guān)與導(dǎo)線若干
（1）根據(jù)題目提供的實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)你設(shè)計(jì)出測(cè)量電子元件R₁伏安特性曲線的電路原理圖（R₁可用“”表示）．（畫(huà)在方框內(nèi)）
（2）在實(shí)驗(yàn)中，為了操作方便且能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用D．（填寫(xiě)器材序號(hào)）
（3）將上述電子元件R₁ 和另一電子元件R₂接入如圖所示的電路甲中，它們的伏安特性曲線分別如圖乙中oa、ob所示．電源的電動(dòng)勢(shì)E=10.0V，內(nèi)阻忽略不計(jì)．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₃，使電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，則此時(shí)電子元件R₁的阻值為10Ω，R₃接入電路的阻值為20Ω（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）在該實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，由于沒(méi)有電壓表，因此需要用已知內(nèi)阻的電流表G進(jìn)行改裝，由此可畫(huà)出原理圖．
（2）在保證安全的前提下，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器．
（3）電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，說(shuō)明它們的電壓和電流相等，根據(jù)圖象乙求出此時(shí)流過(guò)R₁和R₂的電壓電流，從而求出R₁的阻值，根據(jù)串并聯(lián)知識(shí)進(jìn)一步求出滑動(dòng)變阻器R₃接入電路中的電阻值．

解答 解：（1）描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開(kāi)始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；
由題意可知，沒(méi)有電壓表，需要用已知內(nèi)阻的電流表G與定值電阻R₀串聯(lián)測(cè)電壓，
電壓表內(nèi)阻為10+1990=2000Ω，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，作出電路圖如圖所示；
（2）電路中滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，為了實(shí)驗(yàn)操作方便，所以要選擇總阻值較小的滑動(dòng)變阻器D；
（3）電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，說(shuō)明它們的電壓和電流相等，
由圖乙可知，此時(shí)電阻兩端的電壓為U=2.5V，I=0.25A，
根據(jù)歐姆定律得：R₁=$\frac{U}{I}=\frac{2.5}{0.25}Ω=10Ω$
根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，可知，此時(shí)流過(guò)R₃的電流為：I′=I=0.25A
兩端的電壓為：U′=E-2U=10V-2.5×2V=5V，R₃=$\frac{U′}{I′}=\frac{5}{0.25}Ω=20Ω$
故答案為：（1）如圖所示；（2）D；（3）10，20．

點(diǎn)評(píng) 本題考查伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中的電表及接法的選擇；另外注意滑動(dòng)變阻器分壓及限流接法的區(qū)別及選擇，解題關(guān)鍵是結(jié)合圖象以及電路的串并聯(lián)知識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．