Question

在研究某電路元件的伏安特性時，得到了如下圖所示的伏安特性曲線．備用器材有電壓表V₁（量程為3V，內阻約為6kΩ），電壓表V₂（量程為15V，內阻約為150kΩ）；電流表A₁（量程為150mA，內阻約為10Ω），電流表A₂（量程為3A，內阻約為0.3Ω）；滑動變阻器R₁（20Ω 1A），滑動變阻器R₂（1KΩ 0.2A）．
（1）實驗中電壓表應選擇

V₂

，電流表應選擇

A₁

，滑動變阻器應選擇

R₁

（選填寫器材的字母代號）．
（2）請在答題卡中將圖中的實物連線補充完整．
（3）通過伏安特性曲線可知，隨著電壓的增大此元件的電阻

減小

（選填“不變”、“增加”或“減小”）
（4）實驗結束后，應先斷開開關，拆除

電源

兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材．
（5）把此元件和電阻為99歐姆的標準電阻串聯接在電動勢為10V，內阻為1Ω的電源兩端，此時電源的輸出功率為

0.26

W．

Answer 1

分析：（1）根據表中給出的數據可以選擇出電流表及電壓表，在保證安全的前提下，為方便實驗操作，要選擇最大阻值較小的滑動變阻器．
（2）先確定滑動變阻器與電流表的接法，然后連接實物電路圖．
（3）由伏安特性曲線的斜率變化可得出該元件電阻的變化．
（4）實驗結束，拆卸電路時，應斷開開關，然后拆除電源兩端連線，再拆除其它連線．
（5）在I-U圖象中作出定值電阻的伏安特性曲線，圖象的交點為兩元件的工作狀態，由交點坐標可得出電流值與電壓值，再由功率公式可求得電源的輸出功率．

解答：解：（1）由表中數據可得，電壓最大值接近12V，故電壓表應選擇V₂；電路中電流最大為100mA，電流表應選擇A₁；在保證安全的前提下，為方便實驗操作，滑動變阻器應選最大阻值較小的滑動變阻器，因此滑動變阻器應選R₁．
（2）應用伏安法測元件的伏安特性曲線，電壓與電流要從零開始變化，滑動變阻器要采用分壓接法；
由圖象可知，隨電壓的增大，元件的電阻減小，當電壓為3V元件電阻較大，此時元件電阻約為：
R=

U

I

=

3N

0.005A

=600Ω，

R

RA1

=

600Ω

10Ω

=60，

RV2

R

=

150000Ω

600Ω

=250，

RV2

R

＞

R

RA1

，電流表應采用外接法，電路圖如圖所示．
（3）I-U圖象中，圖象的斜率表示電阻的倒數，由圖象可知，斜率增大，故電阻減小；
（4）實驗結束后，應先斷開開關，拆除 電源兩端的導線，再拆除其他導線，最后整理好器材．
（5）在原圖中再作出以99Ω等效為電源內阻時的伏安特性曲線，如下圖，則兩圖象的交點縱坐標為電路中的電流25mA；此時燈泡兩端的電壓為7.9V；則電源的輸出總電壓U=7.9+IR=9.88V；
由P=UI可求得電源的輸出功率P=UI=9.88×0.025W≈0.26W （0.25～0.27W均正確）；
故答案為：（1）V₂；A₁；R₁；（2）實物電路圖如圖所示；（3）減小；（4）電源；（5）0.26．

點評：本題考測量小燈泡的伏安特性曲線實驗，注意在最后的數據處理時，采用了圖象的方法；應注意學會圖象法在解題中的應用．