Question

20．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們設(shè)計了描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗，待測小燈泡上標(biāo)有“3.8V，0.3A”字樣．要求測量結(jié)果盡量精確，并繪制出小燈泡兩端電壓在0～3.8V范圍內(nèi)完整的伏安特性曲線．
（1）若實驗室的電壓表、電流表和滑動變阻器都滿足實驗要求，其中電壓表的內(nèi)阻約10kΩ，電流表的內(nèi)阻約0.5Ω，則在如圖1所示的兩種實驗方案中，應(yīng)選擇圖A所示電路進行實驗．（選填選項下面的字母序號）

（2）若實驗中只提供了量程為100mA，內(nèi)阻r_g 為6.0Ω的電流表A₁，為了繪制完整的伏安特性曲線，需要將電流表A₁改裝成量程為0.4A的電流表A₂，則應(yīng)將電流表A₁并聯(lián)（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）一個阻值為2.0Ω的定值電阻，才能實現(xiàn)改裝的要求．
（3）小組的同學(xué)們正確描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖2所示，根據(jù)這個特性曲線，同學(xué)們對小燈泡的實際功率與其兩端的電壓的關(guān)系，或與通過其電流的關(guān)系，猜想出了如圖3所示的關(guān)系圖象，其中可能正確的是AB．（選填選項下面的字母序號）

（4）根據(jù)圖2所示的伏安特性曲線可知，這只小燈泡兩端電壓由1.0V變化到3.8V的過程中，燈絲的電阻值變大．（選填“變大”、“不變”或“變小”）
（5）某同學(xué)將該小燈泡與一個阻值為4.0Ω的定值電阻串聯(lián)后，接在一個電動勢為3.0V、內(nèi)阻為1.0Ω的電源上，組成一個閉合電路，則此時該小燈泡實際功率約為0.38W．（保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）明確實驗要求，從而明確對應(yīng)的電路圖；
（2）根據(jù)串并聯(lián)電路的規(guī)律進行電路的改裝；
（3）根據(jù)電功率公式進行分析，結(jié)合電阻的變化從而明確圖象的變化；
（4）根據(jù)I-U圖象分析電阻的變化；
（5）電源與定值電阻整體組成一個等效電源，在圖象中作出電源的I-U圖象，由圖象找出電路電流與燈泡電壓，然后由P=UI求出燈泡功率．

解答 解：（1）實驗中要求繪制出小燈泡兩端電壓在0～3.8V范圍內(nèi)完整的伏安特性曲線．則必須采用滑動變阻器分壓接法；而由于燈泡內(nèi)阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法，故選A；
（2）電流表擴大量程要并聯(lián)電阻，需并聯(lián)的阻值為；R=$\frac{{I}_{g}{R}_{g}}{I-{I}_{g}}$=$\frac{0.1×6}{0.4-0.1}$=2.0Ω；
（3）根據(jù)I-U圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，知電阻隨電壓的增大而增大．
P-U²圖線的斜率表示電阻倒數(shù)，電阻增大，知P與U²圖線的斜率減小，所以B正確．
P-I²圖線的斜率表示電阻的大小，電阻增大，知P與I²圖線的斜率增大．所以A正確．故選AB；
（4）由圖可知，圖象的斜率越來越小，而I-U圖象中圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，故說明電阻越來越大；
（5）電源與5.0Ω的定值電阻串聯(lián)組成等效電源，有：U=E-I（R+r）=3-（4+1）I=3-5I；
在燈泡伏安特性曲線中作出電源的U-I圖象，

兩圖象的交點坐標(biāo)值為，U=2.0V，I=0.19A，燈泡功率P=UI=2.0V×0.19A=0.38W；
故答案為：（1）A（2）并聯(lián)，2.0；（3）AB（4）變大     （5）0.38

點評 滑動變阻器采用分壓接法時，電壓與電流可以從零開始變化，滑動變阻器采用限流接法時，電壓與電流不能從零開始變化．
求燈泡實際功率時，需要在U-I圖象中再畫出表示電源的U-I圖象，根據(jù)交點坐標(biāo)來求功率．