Question

4．有一個(gè)額定電壓為3.8V，額定功率約為1W的小燈泡，現(xiàn)要用伏安法描繪這個(gè)燈泡的I一U圖線，有下列器材可供選用：
A．電壓表V₁（0～6V，內(nèi)阻約為5kΩ）
B．電壓表V₂（0～15V，內(nèi)阻約為30kΩ）
C．電流表A₁（0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω）
D．電流表A₂（0-0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω）
E．滑動(dòng)變阻器R₁（10Ω，5A）
F．滑動(dòng)變阻器R₂（200Ω，0.5A）
G．蓄電池（電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)）
H．開關(guān)、導(dǎo)線

（1）請(qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)方框內(nèi)畫出該實(shí)驗(yàn)的原理電路圖；
（2）實(shí)驗(yàn)中，電壓表選A，電流表選D，滑動(dòng)變阻器選E；（用序號(hào)字母表示）；
（3）測(cè)得該燈泡的伏安特性曲線如圖所示，由圖線可求得此燈泡在正常工作時(shí)的電阻為16Ω，若將此燈泡與電動(dòng)勢(shì)12V、內(nèi)阻為1Ω的電源相連，要使燈泡正常發(fā)光，需串聯(lián)一個(gè)阻值為34Ω的電阻．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題目要求確定滑動(dòng)變阻器的接法，根據(jù)燈泡電阻與電波表內(nèi)阻的關(guān)系確定電流表的接法，然后作出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（2）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，為方便實(shí)驗(yàn)操作，在保證安全的前提下，應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器．
（3）由圖2所示圖象求出燈泡額定電壓對(duì)應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出燈泡電阻．由串聯(lián)電路特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出串聯(lián)電阻的阻值．

解答 解：（1）描繪燈泡伏安特性曲線電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{3．{8}^{2}}{1}$=14.4Ω，電壓表內(nèi)阻為5kΩ，電流表內(nèi)阻為0.5Ω，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，電路圖如圖所示．

（2）燈泡額定電壓是3.8V，則電壓表應(yīng)選A；燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1}{3.8}$≈0.26A，電流表應(yīng)選D；為方便實(shí)驗(yàn)操作滑動(dòng)變阻器應(yīng)選小電阻E．
（3）由圖可知，當(dāng)電壓達(dá)到3.8V時(shí)，電流大小為0.24A；則燈泡的電阻R=$\frac{3.8}{0.24}$=16Ω；
燈泡正常發(fā)光時(shí)，串聯(lián)電阻兩端電壓U_R=U-U_L=12V-3.8V=8.2V，串聯(lián)電阻阻值R=$\frac{8.2}{0.24}$-1≈33Ω；
故答案為：（1）如圖所示；（2）A；D；E；（3）16；33．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)量伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)，涉及實(shí)驗(yàn)器材的選擇、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、求電阻，確定滑動(dòng)變阻器與電流表接法是正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的關(guān)鍵．