Question

20．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（0～0.6A，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)在如圖丙方框內(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=6.0V，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4Ω（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(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，燈泡電阻R=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
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，電路圖如圖所示

（2）為方便實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)分壓接法時(shí)，要求用小電阻，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D．
（2）（3）兩元件串聯(lián)，流過(guò)它們的電流始圖相等，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=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω
根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)，可知，此時(shí)流過(guò)R₃的電流為：I′=2I=0.5A，
兩端的電壓為：U′=E-U=6V-2.5V=3.5V
R3接入電阻的阻值為：R₃=$\frac{6-2×2.5}{0.25}$=4.0Ω；
故答案為：（1）D；（2）如圖所示；（3）10；4.0

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)中的儀表選擇及接法的選擇；應(yīng)注意滑動(dòng)變阻器分壓及限流接法的區(qū)別及應(yīng)用，同時(shí)還要學(xué)會(huì)結(jié)合圖象以及電路的串并聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．