Question

13．某同学为了描绘一个“6V，9W”的电学器件的伏安特性曲线，并测出该电学器件在额定电压下的准确电阻值，到实验室寻找到了一些仪器，规格及数量如下：
A．电流表一只（0～0.06A，内阻约为5Ω）
B．电压表一只（0～3V，内阻R_V=2kΩ）
C．定值电阻R₀=4kΩ
D．滑动变阻器R₁（0～5Ω，额定电流为0.5A）
E．滑动变阻器R₂（0～10Ω，额定电流为3A）
F．9V直流电源一个
G．开关、导线若干，待测电学器件一个
这位同学利用现有器材，结合所学知识，顺利完成了实验．
①该同学在实验中滑动变阻器应选用是E（填器材前序号字母）；
②实验中电压表的量程太小，需要电压表和定值电阻R₀串联，扩大电压表量程．改造之后新的电压表的量程为9V
③请在虚线框中画出实验电路图．（待测电学器件用 表示）
④按照电路设计，测量该电学器件在额定电压下的准确电阻值时，电压表的示数为U，电流表的示数为I．该电学器件在额定电压下的准确电阻值的表达式是R=$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$（物理量均用所给字母表示）

Answer 1

分析 ①两个滑动变阻器的总阻值都不大，通过其额定电流的大小选择合适的滑动变阻器．
②测量电源电流需从零测起，滑动变阻器采用分压式接法，通过灯泡电阻的大小分析其是大电阻还是小电阻，从而确定电流表的内外接．注意电压表的量程偏小，需串联定值电阻改装成大量程的电压表．
③通过欧姆定律及串并联电路的特点，求出通过灯泡的电流和灯泡两端的电压，从而再根据欧姆定律求出灯泡的电阻．

解答 解：①灯泡的额定电流I=$\frac{P}{U}=\frac{9}{6}A=1.5A$，滑动变阻器采用分压式接法，则通过滑动变阻器的电流会大于1.5A，滑动变阻器R₁的额定电流为0.6A，不安全，所以选用滑动变阻器R₂．故选E．
②电压表的量程为3V，测量灯泡的电压量程偏小，需串联定值电阻改装成大量程的电压表；串联后量程应为9V；
③要测量灯泡的伏安特性，电压电流需从零开始测起，所以滑动变阻器采用分压式接法，灯泡在额定电压下工作的电阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}=4Ω$，属于小电阻，电流表采取外接法．电路图如右图．
④电压表的示数为U，则灯泡两端的电压${U}_{L}=\frac{U}{{R}_{V}}（{R}_{V}+{R}_{0}）$，通过电压表的电流${I}_{V}=\frac{U}{{R}_{V}}$，所以通过灯泡的电流${I}_{L}=I-\frac{U}{{R}_{V}}$．
根据欧姆定律得，$R=\frac{\frac{U}{{R}_{V}}（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I-\frac{U}{{R}_{V}}}=\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$．
故答案为：①（1）E
②串；9
③如图
④R=$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$

点评 本题考查描述小灯泡伏安特性曲线的实验；解决本题的关键掌握实验的原理，知道实验的注意事项及操作流程，掌握器材选择的原则．