Question

15．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(jù)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(shù)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=6.0V，內阻忽略不計．調節(jié)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(jié)，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(jié)；
（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(jù)電表的改裝原理可知電流表示數(shù)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(jù)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(jù)串并聯(lián)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(jié)，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(jù)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(shù)為6V，則表頭的示數(shù)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(jù)歐姆定律得：${R}_{1}=\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}=10Ω$；
根據(jù)串并聯(lián)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．