Question

6．某同學(xué)為了描繪一個“6V，0.3W”的電學(xué)器件的伏安特性曲線，并測出該電學(xué)器件在額定電壓下的準(zhǔn)確電阻值，到實驗室尋找到了一些儀器，規(guī)格及數(shù)量如下：
A．電流表一只（0～0.06A，內(nèi)阻約為5Ω）
B．電壓表一只（0～3V，內(nèi)阻R_V=2kΩ）
C．定值電阻R₀=4kΩ
D．滑動變阻器R₁（0～5Ω，額定電流為0.5A）
E．滑動變阻器R₂（0～10Ω，額定電流為3A）
F．9V直流電源一個
G．開關(guān)、導(dǎo)線若干，待測電學(xué)器件一個
這位同學(xué)利用現(xiàn)有器材，結(jié)合所學(xué)知識，順利完成了實驗．
①該同學(xué)在實驗中滑動變阻器應(yīng)選用是E（填器材前序號字母）；
②實驗中電壓表的量程太小，需要電壓表和定值電阻R₀串聯(lián)，擴(kuò)大電壓表量程．改造之后新的電壓表的量程為9V．
③請在虛線框中畫出實驗電路圖．（待測電學(xué)器件用表示）
④按照電路設(shè)計，測量該電學(xué)器件在額定電壓下的準(zhǔn)確電阻值時，電壓表的示數(shù)為U，電流表的示數(shù)為I．該電學(xué)器件在額定電壓下的準(zhǔn)確電阻值的表達(dá)式是$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$（物理量均用所給字母表示）．

Answer 1

分析 ①兩個滑動變阻器的總阻值都不大，通過其額定電流的大小選擇合適的滑動變阻器；
②要擴(kuò)大電壓表量程可以給電壓表串聯(lián)一個分壓電阻，應(yīng)用串聯(lián)電路特點與歐姆定律分析答題；
③測量電源電流需從零測起，滑動變阻器采用分壓式接法，根據(jù)元件電阻與電表內(nèi)阻的關(guān)系確定電流表的接法，然后作出電路圖；
④通過歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點，求出通過元件的電流和元件兩端的電壓，從而再根據(jù)歐姆定律求出元件的電阻．

解答 解：①電源電動勢為9V，如果用滑動變阻器R₁，則通過它的電流約為：I=$\frac{E}{{R}_{1}}$=$\frac{9}{5}$=1.8A＞0.5A，不能保證電路安全，則滑動變阻器應(yīng)選：R₂．故選E．
②電壓表量程為：0～3V，內(nèi)阻為：R_V=2kΩ，電壓表量程小于元件額定電壓，需串聯(lián)定值電阻R₀=4kΩ擴(kuò)大電壓表量程，串聯(lián)電阻是電壓表內(nèi)阻的兩倍，分壓為電壓表的兩倍，改造之后新的電壓表的量程為：3+6=9V；
③要測量元件的伏安特性，電壓電流需從零開始測起，所以滑動變阻器采用分壓式接法，元件在額定電壓下工作的電阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{0.3}$=120Ω，屬于小電阻，電流表采取外接法．電路圖如圖所示：

④電壓表的示數(shù)為U，元件兩端的電壓：U′=$\frac{U}{{R}_{V}}$（R_V+R₀），通過電壓表的電流：I_V=$\frac{U}{{R}_{V}}$，通過元件的電流：I′=I-$\frac{U}{{R}_{V}}$，
根據(jù)歐姆定律得：R=$\frac{\frac{U}{{R}_{V}}（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I-\frac{U}{{R}_{V}}}$=$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$．
故答案為：①E；②串；9；③如圖所示；④$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$．

點評 本題考查描述伏安特性曲線的實驗；解決本題的關(guān)鍵掌握實驗的原理，知道實驗的注意事項及操作流程，掌握器材選擇的原則．