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18.某物理学习小组的同学在研究性学习过程中,用伏安法研究某电子元件R1(6V、2.5W)的伏安特性曲线,要求多次测量并尽可能减小实验误差,备有下列器材:
A.直流电源(6V,内阻不计)
B.电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10Ω)
C.电流表A(0~0.6A,内阻未知)
D.滑动变阻器R(0~20Ω,5A)
E.滑动变阻器R′(0~200Ω,1A)
F.定值电阻R0(阻值1990Ω)
G.开关与导线若干
(1)根据题目提供的实验器材,请你设计出测量电子元件R1伏安特性曲线的电路原理图(R1可用“”表示).(画在方框内)
(2)在实验中,为了操作方便且能够准确地进行测量,滑动变阻器应选用D.(填写器材序号)
(3)将上述电子元件R1和另一电子元件R2接入如图所示的电路甲中,它们的伏安特性曲线分别如图乙中oa、ob所示.电源的电动势E=6.0V,内阻忽略不计.调节滑动变阻器R3,使电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,则此时电子元件R1的阻值为10Ω,R3接入电路的阻值为8.0Ω(结果保留两位有效数字).

分析 (1、2)在该实验中,滑动变阻器采用分压接法,由于没有电压表,因此需要用已知内阻的电流表G进行改装,由此可画出原理图,
在研究该元件的伏安特性曲线时,要求电压从零调节,因此滑动变阻器采用分压接法,所以在选择时选择总阻值较小的,便于调节;
(3)由电表的电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,说明它们的电压和电流相等,根据图象求出此时流过R1和R2的电压电流,从而求出R1的阻值,根据串并联知识进一步求出滑动变阻器接入电路中的电阻值.

解答 解:(1)在研究该元件的伏安特性曲线时,要求电压从零调节,因此滑动变阻器采用分压接法,在该实验中,滑动变阻器采用分压接法,由于没有电压表,因此需要用已知内阻的电流表G进行改装;同时灯泡内阻约为15Ω;故改装后的电压表内阻远大于灯泡内阻,故采用电流表外接法;由此可画出原理图如下所示:

(2)因采用分压接法,故滑动变阻器选择小电阻;故选:D;
(3)电子元件R1和R2消耗的电功率恰好相等,说明它们的电压和电流相等,由图(3)乙可知,此时电阻两端的电压为U=2.5V,I=0.25A,
根据欧姆定律得:R1=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω;
根据串并联电路特点,可知,此时流过R3的电流为:I′=I=0.25A,两端的电压为:U′=E-U=7V-2×2.5V=2V
则R3=$\frac{2}{0.25}$=8.0Ω
故答案为:(1)如右图所示;(2)D;(3)10;8.0

点评 本题考查测量灯泡的伏安特性曲线的方法,要注意电表的改装原理,并能正确利用欧姆定律及串并联电路的规律进行分析求解相关问题.

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