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．直流電源（6V，內阻不計）
B．電流表G（滿偏電流 3mA，內阻R_g=10Ω）
C．電流表A（　0～0.6A，內阻未知）
D．滑動變阻器（0～20Ω，10A）
E．滑動變阻器（0～200Ω，1A）
F．定值電阻R₀（阻值1990Ω）
G．開關與導線若干

（1）根據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）．（畫在圖1方框內）
（2）在實驗中，為了操作方便且能夠準確地進行測量，滑動變阻器應選用D．（填寫器材序號）
（3）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．
（2）在保證安全的前提下，為方便實驗操作，應選最大阻值較小的滑動變阻器．
（3）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）描繪伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；
由題意可知，沒有電壓表，需要用已知內阻的電流表G與定值電阻R₀串聯(lián)測電壓，電壓表內阻為10+1990=2000Ω，電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應采用外接法，電路圖如圖所示：

（2）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滑動變阻器D，便于調節(jié)．
（3）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，
根據歐姆定律得：R₁=$\frac{2.5}{0.25}$=10Ω
根據串并聯(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-2U=6V-2.5×2V=1V
R₃=$\frac{1}{0.25}$=4Ω．
故答案為：
（1）如圖所示
（2）D         
（3）10； 4

點評 本本題考查了設計實驗電路、實驗器材的選擇、求功率；第（3）小桶是本題的難點，分析清楚電路結構、根據電路結構及串聯(lián)電路特點求出R₂兩端電壓，由圖象求出通過R₂的電流是正確解題的關鍵．