Question

19．現用伏安法研究某電子器件R_x（5V，2.25W）的伏安特性曲線，．要求伏安特性曲線盡可能完整，備有下列器材：
A．直流電源 （6V，內阻不計）；
B．電流表（滿偏電流I_g=3mA，內阻R_g=10Ω）；
C．電流表（0～0.6A，內阻未知）；
D．滑動變阻器R₁（0～20Ω，5A）：
E．滑動變阻器R₂（0～200Ω，1A）；
F．定值電阻R₀（阻值1990Ω）；
G．單刀開關一個與導線若干；
（1）根據題目提供的實驗器材，請你在圖1方框中設計出測量電子器件Rx伏安特性曲線的電路原理圖（R_x可用電阻符號表示）．
（2）在實驗中，為了操作方便且伏安特性曲線盡可能完整，滑動變阻器應選用D．（填寫器材前面字母序號）
（3）上述電子器件R_x的伏安特性曲線如圖2甲，將它和滑動變阻器R₃串聯接入如圖2乙所示的電路中．
調節(jié)滑動變阻器R₃使電源輸出功率最大，已知電源的電動勢E=6.0V，電源的內阻r=15Ω，滑動變阻器R₃阻值范圍0～20Ω，則此時R₃接入電路的阻值為8.6Ω．

Answer 1

分析 （1）關鍵是首先將電流表G與定值電阻串聯改裝為電壓表，并判斷出電流表應采用外接法，再根據電流從零調可知變阻器應采用分壓式接法，畫出電路圖即可；題（2）關鍵是明確采用分壓式接法時，變阻器的阻值越小時調節(jié)越方便；
（3）關鍵是首先在表示電阻的I-U圖象中同時作出表示電源的I-U圖象，求出兩圖線的交點坐標從而求出待測電阻${R}_{x}^{\;}$的阻值，然后再根據電源最大輸出功率的條件r=R即可求解．

解答 解：（1）由于器材中無電壓表，可考慮將電流表G與定值電阻${R}_{0}^{\;}$串聯來進行改裝：由于改裝后電壓表量程為U=${I}_{g}^{\;}{（R}_{g}^{\;}{+R}_{0}^{\;}）=3{×10}_{\;}^{-3}×（10+1990）$=6V，所以可行；
根據P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}$可知，待測電阻電阻為R=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}$=$\frac{5×5}{2.25}Ω$=11Ω，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，所以電流表應用外接法；
由于實驗要求電流從零調，所以變阻器應采用分壓式接法，電路圖如圖所示：

（2）由于采用分壓式接法時，變阻器的電阻越小調節(jié)越方便，所以變阻器應選D；
（3）I-U圖象中同時作出表示電源的I-U圖線如圖所示，則兩圖線交點坐標分別為：U=1.8V，I=0.28A，所以${R}_{x}^{\;}$=$\frac{U}{I}=\frac{1.8}{0.28}Ω=6.4Ω$，
再根據電源的輸出功率最大時應滿足：r=${R}_{x}^{\;}{+R}_{3}^{\;}$，
解得${R}_{3}^{\;}$=15-6.4=8.6Ω

故答案為：（1）如圖
（2）D
（3）8.6

點評 本題應明確：①電壓表是電流表與分壓電阻串聯改裝成的；②當滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應用外接法；③當要求電流從零調時，變阻器應采用分壓式接法，應選擇全電阻小的變阻器以方便調節(jié)；④電源最大輸出功率的條件是r=R．