题目内容

9．若某个电阻的阻值随所加电压的变化而改变，则这种电阻称为非线性电阻．某研究性学习小组准备利用实验器材，研究手中的非线性电阻的特性，描绘出伏安特性曲线．除了非线性元件R外，实验室还提供的器材有：
电压表V（量程0-9V，内阻约10kΩ）
电流表A1（量程0-5A，内阻约0.5Ω）
电流表A2（量程0-100mA，内阻约30Ω）
滑动变阻器R1（0-10Ω，额定电流10A）
滑动变阻器R2（0-1kΩ，额定电流500mA）
直流学生电源E（电动势9V，内阻不计，可承受较大电流）
开关S和导线若干

①若己知待测非线性电阻两端所加电压约为9V时，其电阻不会大于5Ω，则实验中的滑动变阻器应选用R1（填R1或R2），电流表应选用A1（填A1或A2）．
②为了描绘完整的伏安特性曲线，请在图1方框内画出完整的实验电路图．
③通过该实验，一共描绘了两个非线性电阻（分别称为“电阻1”和“电阻2”）的伏安特性曲线，如图2所示，根据图象，两个非线性原件的电阻值都是随着两端电压的增大而增大．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④甲同学将电阻2和滑动变阻器R1串联在电动势E=9.00V、内电阻r=2.25Ω的电源上，为使电源输出功率最大，滑动变阻器接入电路的电阻值为2.25Ω．乙同学只将“电阻1”和“电阻2”并联接在与甲同样的电源上，则电阻1消耗的功率为P1=4.8W．  （结果均保留三位有效数字）

分析 （1）为方便实验操作，应选择最大阻值较小的滑动变阻器；根据电路最大电流选择电流表．
（2）根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法，然后作出实验电路图．
（3）根据图示图象应用欧姆定律判断电阻随电压变化情况．
（4）根据图2所示图象、并联电路特点作出两元件并联时的I-U图象，然后在同一坐标系内作出电源的I-U图象，根据图象求出元件两端电压与电流，然后由P=UI求出元件消耗的电功率．

解答 解：（1）为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1；电路最大电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{10}{5}$=2A，则电流表应选A1．
（2）描绘伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，待测元件电阻约为5Ω，电压表内阻约为10kΩ，电流表内阻约为0.5Ω，电压表内阻远大于元件电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示．

（3）由图2所示图象可知，随元件两端电压增大，通过元件的电流增大，电压与电流的比值增大，元件电阻增大，由此可知：两个非线性原件的电阻值都是随着两端电压的增大而增大．
（4）当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，故应接入电阻为2.25Ω；
并联电路中，干路电流等于两支路电流之和，根据图2所示图象作出两元件并联时的I-U图象如图所示；在同一坐标系内作出电源的I-U图象如图所示，
由图线可知，电源I-U图象与两电阻并联的I-U图象交点坐标值为电阻2的图线交点坐标值为：U并=1.9V，
由图象可知，电阻R1两端电压为1.9V时通过电阻的电流为1.1A，电阻1消耗的功率为P2=U并I=1.9×1.1W≈2.09W；
故答案为：（1）R1；A1；（2）电路图如图所示；（3）增大；（4）2.25；2.09．

点评 本题考查了选择实验器材、连接实物电路图、电阻随电压变化关系、作图象、求电阻功率；根据题意确定滑动变阻器与电流表接法是正确连接实物电路图的前提与关键；电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器只能采用分压接法．

练习册系列答案
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