Question

19．現(xiàn)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(nèi)阻不計(jì)）；
B．電流表（滿偏電流I_g=3mA，內(nèi)阻R_g=10Ω）；
C．電流表（0～0.6A，內(nèi)阻未知）；
D．滑動(dòng)變阻器R₁（0～20Ω，5A）：
E．滑動(dòng)變阻器R₂（0～200Ω，1A）；
F．定值電阻R₀（阻值1990Ω）；
G．單刀開關(guān)一個(gè)與導(dǎo)線若干；
（1）根據(jù)題目提供的實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)你在圖1方框中設(shè)計(jì)出測(cè)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(hào)表示）．
（2）在實(shí)驗(yàn)中，為了操作方便且伏安特性曲線盡可能完整，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用D．（填寫器材前面字母序號(hào)）
（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(dòng)變阻器R₃串聯(lián)接入如圖2乙所示的電路中．
調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₃使電源輸出功率最大，已知電源的電動(dòng)勢(shì)E=6.0V，電源的內(nèi)阻r=15Ω，滑動(dòng)變阻器R₃阻值范圍0～20Ω，則此時(shí)R₃接入電路的阻值為8.6Ω．

Answer 1

分析 （1）關(guān)鍵是首先將電流表G與定值電阻串聯(lián)改裝為電壓表，并判斷出電流表應(yīng)采用外接法，再根據(jù)電流從零調(diào)可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法，畫出電路圖即可；題（2）關(guān)鍵是明確采用分壓式接法時(shí)，變阻器的阻值越小時(shí)調(diào)節(jié)越方便；
（3）關(guān)鍵是首先在表示電阻的I-U圖象中同時(shí)作出表示電源的I-U圖象，求出兩圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)從而求出待測(cè)電阻${R}_{x}^{\;}$的阻值，然后再根據(jù)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(wú)電壓表，可考慮將電流表G與定值電阻${R}_{0}^{\;}$串聯(lián)來(lái)進(jìn)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(jù)P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}$可知，待測(cè)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(yīng)用外接法；
由于實(shí)驗(yàn)要求電流從零調(diào)，所以變阻器應(yīng)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(shí)，變阻器的電阻越小調(diào)節(jié)越方便，所以變阻器應(yīng)選D；
（3）I-U圖象中同時(shí)作出表示電源的I-U圖線如圖所示，則兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)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(jù)電源的輸出功率最大時(shí)應(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題應(yīng)明確：①電壓表是電流表與分壓電阻串聯(lián)改裝成的；②當(dāng)滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用外接法；③當(dāng)要求電流從零調(diào)時(shí)，變阻器應(yīng)采用分壓式接法，應(yīng)選擇全電阻小的變阻器以方便調(diào)節(jié)；④電源最大輸出功率的條件是r=R．