Question

5．一個(gè)小燈泡的額定電壓為2.0V，額定電流約為0.5A，選用下列實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪小燈泡的伏安特性曲線．
A．電源E：電動(dòng)勢為3.0V，內(nèi)阻不計(jì)
B．電壓表V₁：量程為0～3V，內(nèi)阻約為1kΩ
C．電壓表V₂：量程為0～15V，內(nèi)阻約為4kΩ
D．電流表A₁：量程為0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω
E．電流表A₂：量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.6Ω
F．滑動(dòng)變阻器R₁：最大阻值為10Ω，額定電流為1.0A
G．滑動(dòng)變阻器R₂：最大阻值為150Ω，額定電流為1.0A
H．開關(guān)S，導(dǎo)線若干

（1）實(shí)驗(yàn)中使用的電壓表應(yīng)選用B；電流表應(yīng)選用E；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用F（請?zhí)顚戇x項(xiàng)前對應(yīng)的字母）．
（2）實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)連接實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，請不要改動(dòng)已連接的導(dǎo)線，在下面的實(shí)物連接圖中把還需要連接的導(dǎo)線補(bǔ)上．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的電壓表和電流表數(shù)據(jù)，已在圖2坐標(biāo)紙上做出小燈泡的U-I圖線．請簡述該圖線不是直線的主要原因：燈泡電阻隨溫度的升高而增大．
（4）若將實(shí)驗(yàn)中的小燈泡接在電動(dòng)勢為1.5V、內(nèi)阻為1.5Ω的電源兩端，則小燈泡的實(shí)際功率約為0.36W（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓選擇電壓表，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流選擇電流表，在保證安全的前提下，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器．
（2）電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，根據(jù)燈泡電阻與電表內(nèi)阻關(guān)系確定電流表接法，然后連接實(shí)物電路圖；閉合開關(guān)前，分壓電路分得的電壓應(yīng)為零．
（3）根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出對應(yīng)的點(diǎn)，然后作出U-I圖象．
（4）在同一坐標(biāo)系中作出電池的U-I圖象，兩圖象的交點(diǎn)坐標(biāo)值是燈泡的電壓與電流值，由P=UI求出燈泡的實(shí)際功率．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是2V，則電壓表選B；燈泡額定電流為0.5A，則電流表選E；為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F．
（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2}{0.5}$=4Ω，$\frac{R}{{R}_{A}}$=$\frac{4Ω}{0.6Ω}$≈6.67，$\frac{{R}_{V}}{R}$=$\frac{1000Ω}{4Ω}$=250，$\frac{{R}_{V}}{R}$$＞\frac{R}{{R}_{A}}$，則電流表采用外接法，
由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電壓與電流從零開始變化，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電路圖如圖所示；閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)置于左端．
（3）因燈泡電阻隨溫度的升高而增大，故圖象的斜率越來越大，所以圖象發(fā)生了彎曲；
（4）電源的電動(dòng)勢為1.5V，電流與路端電壓的關(guān)系式為：U=E-Ir=1.5-r
在上圖中作出電流與路端電壓的圖線，如圖所示；交點(diǎn)坐標(biāo)即為小燈泡的實(shí)際電壓和電流，
故功率為：P=UI=0.95×0.38=0.36W．
故答案為：（1）B、E、F；（2）電路圖如圖所示；左；（3）燈泡電阻隨溫度的升高而增大；（4）0.36．

點(diǎn)評 本題關(guān)鍵要先畫出小燈泡的伏安特性曲線和電源的路端電壓與電流關(guān)系圖線，根據(jù)交點(diǎn)得到電源的實(shí)際輸出電壓，再計(jì)算電功率．