Question

6．某同学为了描绘一个“6V，0.3W”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$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$（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要扩大电压表量程可以给电压表串联一个分压电阻，应用串联电路特点与欧姆定律分析答题；
③测量电源电流需从零测起，滑动变阻器采用分压式接法，根据元件电阻与电表内阻的关系确定电流表的接法，然后作出电路图；
④通过欧姆定律及串并联电路的特点，求出通过元件的电流和元件两端的电压，从而再根据欧姆定律求出元件的电阻．

解答 解：①电源电动势为9V，如果用滑动变阻器R₁，则通过它的电流约为：I=$\frac{E}{{R}_{1}}$=$\frac{9}{5}$=1.8A＞0.5A，不能保证电路安全，则滑动变阻器应选：R₂．故选E．
②电压表量程为：0～3V，内阻为：R_V=2kΩ，电压表量程小于元件额定电压，需串联定值电阻R₀=4kΩ扩大电压表量程，串联电阻是电压表内阻的两倍，分压为电压表的两倍，改造之后新的电压表的量程为：3+6=9V；
③要测量元件的伏安特性，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，元件在额定电压下工作的电阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{0.3}$=120Ω，属于小电阻，电流表采取外接法．电路图如图所示：

④电压表的示数为U，元件两端的电压：U′=$\frac{U}{{R}_{V}}$（R_V+R₀），通过电压表的电流：I_V=$\frac{U}{{R}_{V}}$，通过元件的电流：I′=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：①E；②串；9；③如图所示；④$\frac{U（{R}_{V}+{R}_{0}）}{I{R}_{V}-U}$．

点评 本题考查描述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．