Question

20．某實(shí)驗(yàn)小組為了測定小燈泡的伏安特性曲線，選取了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材．待測小燈泡的額定電壓為3.2V，要求測量范圍盡量大一些，并描繪出小燈泡的伏安特性曲線．

（1）選取電源的電動(dòng)勢4.0V，電源內(nèi)阻不計(jì)．同學(xué)們?yōu)榱司�確測量電壓，需要將量程1.0V的電壓表改裝為量程4.0V，已知1.0V電壓表的內(nèi)阻為1.2kΩ，需要給電壓表串聯(lián)（選填：串連、并聯(lián)）一個(gè)R₀=3.6KΩ的定值電阻．
（2）用筆代替導(dǎo)線，將儀器實(shí)物圖按實(shí)驗(yàn)要求連接好
（3）同學(xué)們正確實(shí)驗(yàn)后描繪出小燈泡伏安特性曲線如圖乙所示，由伏安特性曲線可知，當(dāng)小燈泡兩端電壓增大、燈絲溫度升高時(shí)，電阻增大（選填：增大、不變、減�。�．正常工作時(shí)燈絲電阻等于10.3Ω，額定功率是0.99W（均取兩位有效數(shù)字）．
（4）將實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的電源串連上一個(gè)R'=10Ω的電阻，再與這個(gè)小燈泡直接串連在一起，則小燈泡的實(shí)際功率是0.39W（取兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）明確改裝原理，根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可明確應(yīng)串聯(lián)的電阻；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，明確電路接法；
（3）明確I-U圖象的性質(zhì)，知道圖象的斜率的意義，從而明確電阻的變化；并根據(jù)圖象明確額定電流，由歐姆定律求出電阻，根據(jù)功率公式求出功率；
（4）在I-U圖象中作出電源的伏安特性曲線，兩圖的交點(diǎn)表示燈泡的工作點(diǎn)，從而求出對應(yīng)的功率．

解答 解：（1）根據(jù)改裝原理，要將電壓表量程擴(kuò)大，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻，根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可知，應(yīng)串接的電阻為：
R=$\frac{U}{\frac{{U}_{g}}{{R}_{g}}}-{R}_{g}$=$\frac{4}{\frac{1}{1.2×1{0}^{3}}}-1.2×1{0}^{3}$=3.6×10³Ω=3.6KΩ；
（2）本實(shí)驗(yàn)要求電壓由零開始調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，同時(shí)因燈泡內(nèi)阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法，如圖所示；
（3）I-U圖象中圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，則由圖可知，電阻隨電壓的升高而增大；
當(dāng)電壓為3.2V時(shí)，電流約為0.3A，則內(nèi)阻為：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.2}{0.31}$=10.3Ω；
額定功率為：
P=UI=3.2×0.31=0.99W；
（4）電源的電動(dòng)勢為4V，接入電阻為10Ω，將其等效為電源內(nèi)阻，在燈泡伏安特性曲線中作出等效電源的圖象，如圖所示；燈泡實(shí)際電壓為1.7V，電流為0.23A，則其功率：
P=UI=1.7×0.23=0.39W．
故答案為：（1）串聯(lián)；3.6；（2）如圖甲所示；（3）增大；10.3；0.99；（4）0.39．

點(diǎn)評 本題考查燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)，要注意明確本實(shí)驗(yàn)中采用滑動(dòng)變阻器分壓接法以及電流表外接法，同時(shí)注意明確I-U圖象的性質(zhì)，能根據(jù)I-U圖象分析電阻的變化以及圖象的應(yīng)用，能根據(jù)圖象分析求解實(shí)際功率．