Question

3．同學(xué)甲從實(shí)驗(yàn)室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清．他想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2Ω，然后根據(jù)公式計(jì)算出該燈泡的額定電壓U=$\sqrt{PR}$=$\sqrt{0.75×2}$ V=1.23V．乙懷疑甲所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用下面可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測量數(shù)據(jù)來繪制燈泡的U-I圖線，進(jìn)而分析燈泡的額定電壓．
A．電壓表V（量程3V，內(nèi)阻約3kΩ）        B．電流表A1（量程150mA，內(nèi)阻約2Ω）
C．電流表A2（量程500mA，內(nèi)阻約0.6Ω）   D．滑動(dòng)變阻器R1（0～20Ω）
E．滑動(dòng)變阻器R2（0～100Ω）        F．電源E（電動(dòng)勢4.0V，內(nèi)阻不計(jì)）
G．開關(guān)S和導(dǎo)線若干                H．待測燈泡L（額定功率0.75W，額定電壓未知）
（1）在上面所給的虛線框（圖甲）中畫出他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇A₂（填“A₁”或“A₂”）；滑動(dòng)變阻器選擇R₁（填“R1”或“R2”）．
（2）在實(shí)驗(yàn)過程中，乙同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當(dāng)電壓達(dá)到1.23V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到2.70V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮，便立即斷開開關(guān)，并將所測數(shù)據(jù)記錄在下邊表格中．

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7
U/V	0.20	0.60	1.00	1.40	1.80	2.20	2.70
I/mA	80	155	195	227	255	279	310

請你根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖乙中作出燈泡的U-I圖線．

（3）由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為2.5V；這一結(jié)果大于1.23V，其原因是小燈泡的冷態(tài)電阻小于正常發(fā)光時(shí)的熱態(tài)電阻．
（4）如果將這個(gè)小燈泡接到電動(dòng)勢為2.0V、內(nèi)阻為4Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是0.25W．

Answer 1

分析 （1）關(guān)鍵是根據(jù)P=I²R，估算出小燈泡的額定電流，從而選出電流表的量程，根據(jù)U-I圖象可知滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，根據(jù)小燈泡電阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，可知電流表應(yīng)用外接法．
（2）根據(jù)描點(diǎn)法可得出對應(yīng)的伏安特性曲線；
（3）明確燈泡電阻的特征：電阻隨電壓（溫度）的升高而增大；能根據(jù)圖象找出燈泡對應(yīng)的額定值．
（4）在圖中作出電源的伏安特性曲線，則兩圖象的交點(diǎn)為燈泡的工作點(diǎn)，則由圖可知燈泡的電壓和電流，則由P=UI可求得小燈泡消耗的功率．

解答 解：（1）根據(jù)P=I²R，估算燈泡的電流大約是600 mA，因此電流表應(yīng)選A₂；本實(shí)驗(yàn)要描繪出燈泡的U-I圖線，需要測量多組數(shù)據(jù)，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)接成分壓式，所以應(yīng)選阻值較小的R₁；小燈泡電阻不大，電流表應(yīng)外接；電路圖如圖所示；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出對應(yīng)的伏安特性曲線，如圖所示
（3）燈泡額定功率為0.75W，則由P=UI=0.75W，再結(jié)合圖象可知在到額定功率時(shí)，電壓為U_額=2.5 V；大于1.23 V的原因是由于燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻．
（4）在圖中作出電源的伏安特性曲線如圖所示，兩圖象的交點(diǎn)為燈泡的工作點(diǎn)，則由圖可知，燈泡的電流為220mA，電壓為1.2V，故對應(yīng)的功率P=UI=1.2×0.22=0.26W；
故答案為：
（1）電路原理圖如圖所示；A₂；R₁
（2）如圖所示；
（3）2.5；燈泡冷態(tài)電阻小于正常工作時(shí)的電阻（或燈泡電阻隨溫度升高而變大
（4）0.26

點(diǎn)評 本題考查測量燈泡的伏安特性曲線的原理；要掌握實(shí)驗(yàn)器材的選取原則，熟記電流表內(nèi)接法與外接法的選擇方法，以及滑動(dòng)變阻器分壓式接法的條件即選擇原則．