Question

9．為描述“220V   100W”白熾燈的伏安特性曲線，提供的器材有：白熾燈，調(diào)壓變壓器，22V交流電源，交流電壓表（量程300V、內(nèi)阻300kΩ），交流電流表（量程0.6A、內(nèi)阻0.15Ω），開關(guān)，導(dǎo)線若干．
（1）如圖（a）所示是調(diào)壓變壓器的構(gòu)造圖，在圓環(huán)形的鐵芯上只繞一個線圈．如果將220V交流電接在變壓器的AB端，測量電路接在BP端．該變壓器用作降壓變壓器（選填“升壓”或“降壓”）．

（2）為使在額定電壓下測得的實驗數(shù)據(jù)的誤差盡量小，請在圖（b）中完成該測量原理電路圖的連線．在電路接通之前，應(yīng)將調(diào)壓變壓器的滑動觸頭P移動至B端，并且將滑動變阻器的滑片移動至b端 （選填“a端”或“b端”）附近．
（3）根據(jù)測量結(jié)果描繪出“220V  100W”白熾燈的伏安特性曲線如圖（c）所示．若將兩個“220V  100W”的燈泡串聯(lián)后接入如圖（d）所示的交流電路中，已知R₁=1kΩ，R₂=10kΩ，n₁=200匝，n₂=400匝，則通過白熾燈的電流為0.24A，電阻R₁消耗的功率為68W．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）明確變壓器原理，根據(jù)電壓之比等于線圈匝數(shù)之比可求得變壓器性質(zhì)；
（2）明確實驗原理，根據(jù)實驗要求可明確電路結(jié)構(gòu)，從而得出實驗電路，再根據(jù)實驗安全安全確定開始時滑片的位置；
（3）根據(jù)變壓器原理確定電路兩端電壓，再根據(jù)串并聯(lián)電路的規(guī)律確定電壓和電流的關(guān)系，再在I-U圖象中作出對應(yīng)的圖象，交點即為燈泡的工作點，再根據(jù)功率公式確定電阻消耗的功率．

解答 解：（1）由圖可知，輸入端將全部線圈均接入，而輸出端只接入了一部分線圈，則可知，輸出電壓一定小于輸入電壓，故為降壓變壓器；
（2）變壓器視為電源，由于電源電壓最大為220V，通過變壓器可以將電壓調(diào)整為零，故本實驗不需要采用分壓接法，應(yīng)采用限流接法；同時燈泡電阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{2{20}^{2}}{100}$=484Ω，則有：R＞$\sqrt{{R}_{V}{R}_{A}}$=$\sqrt{300000×0.15}$=212Ω，故該電阻應(yīng)視為大電阻，采用電流表內(nèi)接法，故電路圖如圖所示；為了讓電路中電流最小，開始時應(yīng)將滑片調(diào)至接入電阻最大的位置，故滑片滑到b端；
（3）根據(jù)變壓器原理$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{n}_{1}}{{n}_{2}}$可知，輸出電壓U₂=$\frac{220×400}{200}$=440V；
設(shè)燈泡電壓為U，電流為I，則根據(jù)歐姆定律可得：
U₂=2U+（I+$\frac{2U}{{R}_{2}}$）r
代入數(shù)據(jù)并變形解得：
U=200-454I；
在燈泡的伏安特性曲線圖中作出對應(yīng)的圖象，如圖所示，則兩圖的交點為燈泡的工作點，由圖可知，電流I=0.24A；電壓U=90V；
R₁兩端的電壓U'=440-2U=440-180=260V；
故R₁消耗的電功率P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{26{0}^{2}}{100}$=68W；
故答案為：（1）降壓   （2）電路如圖        b端；（3）0.24；68．

點評 本題將變壓器和燈泡伏安特性曲線的描繪實驗結(jié)合，要注意明確變壓器原理，能將其作為電源處理，同時再根據(jù)燈泡伏安特性曲線描繪的實驗原理進行分析，明確電路結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的處理，對學(xué)生要求較高．