Question

15．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的（6V，2.5W）伏安特性曲线，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材：
A．电流表G（满偏电流 3mA，内阻R_g=10Ω）
B．量程为3A，内阻约为0.1Ω的电流表A₂；
C．量程为0.6A，内阻约为0.5Ω的电流表A_l；
D．量程为3V，内阻约为3kΩ的电压表V₁
E．滑动变阻器（0～20Ω，10A）
F．滑动变阻器（0～200Ω，1A）
G．定值电阻R₀（阻值1990Ω）
H．开关与导线若干
I．直流电源（6V，内阻不计）

（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，应该选用的电流表是C，滑动变阻器应选用E． （填写器材序号）
（3）实验中，电流表G的示数为3mA时，可测出电子元件R₁的额定功率2.5W．
（4）将上述电子元件R₁和另一电子元件R₂接入如图2所示的电路甲中，它们的伏安特性曲线分别如图乙中ob、oa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，使电阻R₁和R₂消耗的电功率恰好相等，则此时电阻R₁的阻值为10Ω，R₃接入电路的阻值为4Ω．

Answer 1

分析 （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，所以在选择时选择总阻值较小的，便于调节；
（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，
（3）根据电表的改装原理可知电流表示数为多少时可以应元件两端电压为6V；
（4）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，由此可画出原理图如下所示：

（2）该元件的电流约为：I_m=$\frac{2.5}{6}$=0.43A；故电流表应选用0.6A量程，故选：C；
因采用分压接法，故滑动变阻器选择小电阻；故选：E；
（3）根据改装原理可知，新改装的电表内阻为：1990+10=2000Ω；则要使电压示数为6V，则表头的示数应为3mA；此时元件达额定功率为2.5W；
（4）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：${R}_{1}=\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}=10Ω$；
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=6V-2×2.5V=1V
则R₃=$\frac{1}{0.25}$=4Ω
故答案为：（1）如右图所示；（2）C；E；（3）电流表G，3mA；（4）10；4

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进行分析求解．