Question

13．某物理學習小組的同學在研究性學習過程中，用伏安法研究某電子元件R₁（6V，2.5W）的伏安特性曲線，要求多次測量盡可能減小實驗誤差，備有下列器材：
A．直流電源（6V，內阻不計）
B．電流表G（滿偏電流3mA，內阻R_g=10Ω）
C．電流表A（0-0.6A，內阻未知）
D．滑動變阻器R（0-20Ω，5A）
E．滑動變阻器Rˊ（0-200Ω，1A）
F．定值電阻R0（阻值1990Ω）
G．開關與導線若干
（1）根據題目提供的實驗器材，請你設計出測量電子元件R1伏安特性曲線的電路原理圖（R₁可用“”表示）．（畫在圖丙方框內）
（2）在實驗中，為了操作方便且能夠準確地進行測量，滑動變阻器應選用D．（填寫器材序號）
（3）將上述電子元件R₁和另一電子元件R₂接入如圖甲所示的電路中，它們的伏安特性曲線分別如圖乙中oa、ob所示．電源的電動勢E=6.0V，內阻忽略不計．調節滑動變阻器R3，使電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，則此時電子元件R₁的阻值為10Ω，R₃接入電路的阻值為4.0Ω（結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1、2）在保證安全的前提下，為方便實驗操作，應選最大阻值較小的滑動變阻器；在該實驗中，滑動變阻器采用分壓接法，由于沒有電壓表，因此需要用已知內阻的電流表G進行改裝，由此可畫出原理圖．
（3）電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，說明它們的電壓和電流相等，根據圖象求出此時流過R₁和R₂的電壓電流，從而求出R₁的阻值，根據串并聯知識進一步求出滑動變阻器接入電路中的電阻值

解答 解：（1）描繪燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；由題意可知，沒有電壓表，需要用已知內阻的電流表G與定值電阻R₀串聯測電壓，燈泡電阻R=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，電壓表內阻為10+1990=2000Ω，電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應采用外接法，電路圖如圖所示

（2）為方便實驗操作，同時分壓接法時，要求用小電阻，故滑動變阻器應選D．
（3）兩元件串聯，流過它們的電流始終相等，電子元件R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，說明它們的電壓和電流相等，由圖乙可知，此時電阻兩端的電壓為U=2.5V，I=0.25A，
根據歐姆定律得：R₁=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω
根據串并聯電路特點，可知，此時流過R₃的電流為：I′=2I=0.5A，
兩端的電壓為：U′=E-2U=6V-2×2.5V=1V
R₃接入電阻的阻值為：R₃=$\frac{6-2×2.5}{0.25}$=4.0Ω；
故答案為：（1）如圖所示； （2）D          （3）10   4.0

點評 本題考查描繪燈泡伏安特性曲線的實驗，要注意掌握實驗中的儀表選擇及接法的選擇；應注意滑動變阻器分壓及限流接法的區別及應用，同時還要學會結合圖象以及電路的串并聯進行數據處理．