Question

17．某同學(xué)要測繪標(biāo)有“3.8V，1.14W”的小燈泡的燈絲電流I隨其兩端電壓U變化的圖象．
除了導(dǎo)線和開關(guān)外，有以下一些器材可供選擇：
電流表：A₁（量程200mA，內(nèi)阻約2Ω）；A₂（量程0.4A，內(nèi)阻約0.3Ω）；
電壓表：V₁（量程4V，內(nèi)阻約5kΩ）；V₂（量程15V，內(nèi)阻約15kΩ）；
滑動變阻器：R₁（阻值范圍0～10Ω）；R₂（阻值范圍0～2kΩ）；
電源：E₁（電動勢為2V，內(nèi)阻約為0.2Ω）；E₂（電動勢為4V，內(nèi)阻約為0.04Ω）．
①為了操作方便并盡可能減小測量誤差，在實驗中，應(yīng)選用電流表A₂，電壓表V₁，滑動變阻器R₁，電源E₂（填器材的符號）；實驗電路應(yīng)采用圖1中的C（選填“ABCD”）．

②圖2是研究小燈泡伏安特性曲線的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線．請根據(jù)在①問中所選的電路圖，用鉛筆畫線代替導(dǎo)線，補充完成圖2中實物間的連線．

③該同學(xué)閉合電鍵后通過改變滑片的位置描繪出了小燈泡的I-U圖線，如圖3所示．已知經(jīng)過圖線的B點做出切線恰經(jīng)過坐標(biāo)為（0，0.15）的點，試根據(jù)學(xué)過的電學(xué)知識結(jié)合圖線，求出小燈泡在工作點B時的電阻值為10Ω，此時燈泡的實際功率是0.63W．
④無論是利用圖1中的A還是B測量不同電壓下小燈泡的電阻，都存在系統(tǒng)誤差．關(guān)于該實驗的系統(tǒng)誤差，下列說法正確的是A
A．電流表分壓導(dǎo)致測量的電阻偏大         B．電流表分壓導(dǎo)致測量的電阻偏小
C．電壓表分流導(dǎo)致測量的電阻偏大         D．電壓表分流導(dǎo)致測量的電阻偏小
⑤實驗中隨著滑動變阻器滑片的移動，電源的路端電壓U及干電池的總功率會發(fā)生變化，圖4中的各示意圖中正確反映電池的總功率P-U關(guān)系的是C．

Answer 1

分析 ①根據(jù)燈泡的額定電壓、額定電流確定電壓表、電流表的量程，以及電源．根據(jù)燈泡的電阻大約值確定滑動變阻器的量程．由于燈泡的電流電壓從零開始測起，滑動變阻器采用分壓式接法，根據(jù)燈泡的電阻確定電流表的內(nèi)外接．
②根據(jù)電路圖作出實物連線圖．
③根據(jù)歐姆定律求出小燈泡的電阻，結(jié)合P=UI求出燈泡的實際功率．
④根據(jù)實驗的原理，結(jié)合歐姆定律和串并聯(lián)電路的特點確定誤差．
⑤求出電源輸出功率表達式，確定正確的圖線．

解答 解：①由燈泡銘牌可知，燈泡額定電壓為3.8V，額定功率為1.14W，則電壓表要選擇V₁，電源選擇E₂，燈泡額定電流I=$\frac{P}{U}=\frac{1.14}{3.8}$=0.3A，則電流表選擇A₂，描繪燈泡I-U圖象，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，為方便實驗操作滑動變阻器應(yīng)選擇R₁．
描繪燈泡I-U圖象，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時的電阻R=$\frac{3.8}{0.3}Ω$≈12.67Ω，電流表內(nèi)阻約為0.3Ω，電壓表內(nèi)阻約為5kΩ，電壓表內(nèi)阻遠大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，因此實驗要選擇圖C所示電路．
②根據(jù)實驗電路圖C連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示：

③由圖3所示圖象可知，燈泡兩端電壓U=2.5V，通過燈泡的電流I=0.25A，此時燈泡電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5}{0.25}=10Ω$，燈泡功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
④由圖示電路圖可知，圖1中的A與B實驗電路都采用電流表內(nèi)接法，由于電流表的分壓作用，所測電壓偏大，由歐姆定律可知，所測燈泡電阻測量值大于真實值，故選A．
⑤電壓表測量路端電壓，其示數(shù)隨滑動變阻器的阻值增大而增大；而當(dāng)內(nèi)阻和外阻相等時，輸出功率最大；根據(jù)E=U_外+U_內(nèi)=IR+Ir知，此時輸出電壓為電動勢的一半．外電路斷開時，路端電壓等于電源的電動勢，此時輸出功率為零；功率隨路端電壓先增大后減小，故符合條件的圖象應(yīng)為C．
故答案為：①A₂、V₁、R₁、E₂、C ②如圖所示．
③10，0.63  ④A，⑤C．

點評 本題考查了實驗器材與實驗電路的選擇、連接實物電路圖、求燈泡電阻與燈泡實際功率、實驗誤差分析、實驗數(shù)據(jù)處理等問題；要掌握實驗器材的選擇原則，根據(jù)實驗?zāi)康呐c實驗器材確定滑動變阻器與電流表的接法是正確選擇實驗電路、連接實物電路圖的關(guān)鍵，當(dāng)電壓與電流從零開始變化時，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法．