Question

2．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的（6V，2.5W）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．電流表G（滿偏電流 3mA，內阻R_g=10Ω）
B．量程為3A，內阻約為0.1Ω的電流表A₂；
C．量程為0.6A，內阻約為0.5Ω的電流表A_l；
D．量程為3V，內阻約為3kΩ的電壓表V₁
E．滑動變阻器（0～20Ω，10A）
F．滑動變阻器（0～200Ω，1A）
G．定值電阻R₀（阻值1990Ω）
H．開關與導線若干
I．直流電源（6V，內阻不計）

（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1所示的方框內）
（2）在實驗中，為了操作方便且能夠準確地進行測量，應該選用的電流表是C，滑動變阻器應選用E． （填寫器材序號）
（3）實驗中，電流表G 的示數為3mA 時，可測出電子元件R₁的額定功率2.5W．
（4）將上述電子元件R₁和另一電子元件R₂接入如圖2所示的電路甲中，它們的伏安特性曲線分別如圖乙中ob、oa所示．電源的電動勢E=6V，內阻忽略不計．調節滑動變阻器R₃，使電阻R₁和R₂消耗的電功率恰好相等，則此時電阻R₁的阻值為10Ω，R₃接入電路的阻值為4Ω．

Answer 1

分析 （1）在研究該元件的伏安特性曲線時，要求電壓從零調節，因此滑動變阻器采用分壓接法，所以在選擇時選擇總阻值較小的，便于調節；
（2）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）根據電表的改裝原理可知電流表示數為多少時可以應元件兩端電壓為6V；
（4）由電表的電子元件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）在研究該元件的伏安特性曲線時，要求電壓從零調節，因此滑動變阻器采用分壓接法，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，由此可畫出原理圖如下所示：
（2）該元件的電流約為：I_m=$\frac{2.5}{6}$=0.43A；故電流表應選用0.6A量程，故選：C；
因采用分壓接法，故滑動變阻器選擇小電阻；故選：E；
（3）根據改裝原理可知，新改裝的電表內阻為：1990+10=2000Ω；則要使電壓示數為6V，則表頭的示數應為3mA；此時元件達額定功率為2.5W；
（4）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（3）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=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω；
根據串并聯電路特點，可知，此時流過R₃的電流為：I′=I=0.25A，兩端的電壓為：U′=E-U=6V-2×2.5V=1V
則R₃=$\frac{1}{0.25}$=4Ω
故答案為：（1）如右圖所示；（2）C，E；（3）電流表G，3mA；（4）10；4

點評 本題考查測量燈泡的伏安特性曲線的方法，要注意電表的改裝原理，并能正確利用歐姆定律進行分析求解，要注意圖象的正確應用和電表的改裝原理的應用．