Question

7．某物理实验小组用下列器材进行实验描绘一种特殊元件的伏安特性曲线，所测数据记录在表格中．

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4	2.6	2.8	3.0
I/mA	0	0.9	2.2	4.2	6.7	11.9	19.0	23.8	30.0	37.1

器材有：A．待测元件R_x B．电流表A（0～50mA，内阻约为200Ω）
C．电压表V₁（0～3V，内阻约为10kΩ）      D．电压表V₂（0～6V，内阻约为15kΩ）
E．滑动变阻器R₁（0～20Ω，2A）            F．滑动变阻器R₂（0～200Ω，0.2A）
G．学生电源（直流4V）                     H．开关及导线
（1）为了调节方便，并使测量尽可能准确，实验中电压表应选V₁，滑动变阻器应选R₁．（填器材符号）
（2）在图1虚线框内画出实验电路图．

（3）在图2坐标纸上用描点法画出元件的伏安特性曲线．
（4）若该元件的最佳工作电压为2.8V，现用电动势为4V，内阻r=1Ω的电源为其供电，则要在电路中串联一个阻值为R=39Ω的电阻，才能使其处于最佳工作状态．（保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据元件的额定电压确定电压表，从减小误差和可操作性角度确定滑动变阻器．
（2）根据实验要求电流从零调可知变阻器应用分压式接法，根据待测电阻远小于电压表内阻可知，电流表应用外接法；
（3）描点法作图的关键是认真描点画出平滑的曲线即可．
（4）根据闭合电路的欧姆定律即可求出串联电阻的电阻值．

解答 解：（1）由表格中的数据可知，测量的最大电压是3V，所以选择的电压表是量程3V的V₁；由于测量过程中的电压是从0开始，所以实验使用滑动变阻器的分压式接法，要选择电阻值比较小的R₁．
（2）待测电阻的电阻值约为：${R}_{x}=\frac{U}{I}=\frac{3.0}{37.1×1{0}^{-3}}=81Ω$＜R_A
即待测元件的电阻值小于电流表的电阻值，所以测量电路需要使用电流表外接法．由于测量过程中的电压是从0开始，所以实验使用滑动变阻器的分压式接法．则实验的原理图如图．
（3）将表格中的数据先在图中描点，然后用平滑的曲线连接如图；
（4）该元件的最佳工作电压为2.8V，设需要串联一个电阻值为R的电阻，则由闭合电路的欧姆定律：$U=\frac{E}{R+{R}_{x}+r}$
代入数据得：R=39Ω
故答案为：（1）V₁，R₁；（2）如图；（3）如图； （4）39

点评 对电学实验应明确：①若要求电流从零调时变阻器应用分压式接法．②当待测电阻远小于电压表内阻时，电流表应用外接法．③注意实物图的连接方式．