Question

20．一個小燈泡的額定電壓為2.0V．額定電流約為0.5A，選用下列實驗器材進(jìn)行實驗，并利用實驗數(shù)據(jù)描繪和研究小燈泡的伏安特性曲線．
A．電源E：電動勢為3.0V，內(nèi)阻不計；
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．滑動變阻器R₁：最大阻值為l0Ω，額定電流為0.6A；
G．滑動變阻器R₂：最大阻值為l5Ω，額定電流為1.0A；
H．滑動變阻器R₃：最大阻值為l50Ω，額定電流為1.0A；
I．開關(guān)S，導(dǎo)線若干．
實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示通過小燈泡的電流和加在小燈泡兩端的電壓）：

I/A	0.00	0.12	0.21	0.29	0.34	0.38	0.42	0.45	0.47	0.49	0.50
U/V	0.00	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80	2.00

（1）實驗中電壓表應(yīng)選用B；電流表應(yīng)選用E；滑動變阻器應(yīng)選用G（請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母）．
（2）請你不要改動已連接導(dǎo)線，在下面的實物連接圖1中把還需要連接的導(dǎo)線補(bǔ)上．
（3）在圖2坐標(biāo)中畫出小燈泡的U-I曲線．并簡述該圖線不是直線的主要原因燈泡內(nèi)阻隨溫度的增大而增大．
（4）若將本題中的小燈泡接在電動勢是1.5V、內(nèi)阻是2.0Ω的電池兩端，則小燈泡的實際功率約為0.28W（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)光時的電流選擇電流表，在保證安全的前提下，為方便實驗操作，應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動變阻器．
（2）電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應(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)表中實驗數(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，明確內(nèi)阻與溫度間的關(guān)系，從而明確圖象為曲線的原因；
（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；為方便實驗操作同時為了實驗安全，因燈泡額定電流為0.5A，則流過滑動變阻器的電流可能大于0.6A，故滑動變阻器應(yīng)選G．
（2）燈泡正常發(fā)光時電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2}{0.5}$=4Ω，$\frac{R}{{R}_{A}}$=$\frac{4}{0.6}$≈6.67，$\frac{{R}_{V}}{R}$=$\frac{1000}{4}$=250，則電流表采用外接法，
由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電壓與電流從零開始變化，則滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，連接的實物圖如圖1所示；
（3）根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描出對應(yīng)的點(diǎn)，然后作出燈泡的U-I圖象如圖2所示．由于燈泡內(nèi)阻隨溫度的升高而增大，故對應(yīng)的伏安特性曲線不是直線；
（4）電源的電動勢為1.5V，內(nèi)阻為2Ω，則電流與路端電壓的關(guān)系式為：U=E-Ir=1.5-2I
在上圖中作出電流與路端電壓的圖線，如圖3所示；交點(diǎn)坐標(biāo)即為小燈泡的實際電壓和電流，
故功率為：P=UI=0.82×0.34=0.28W．
故答案為：（1）B、E、G；（2）實物圖如圖1所示；（3）U-I圖象如圖2所示；燈泡內(nèi)阻隨溫度的升高而增大（4）0.28W．

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，注意燈泡電阻隨溫度的變化而變化，故只能根據(jù)圖象分析，根據(jù)兩圖的交點(diǎn)得到電源的實際輸出電壓和電流，再計算電功率．