Question

（2009?上海模擬）如圖所示為某同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線圖．
（1）在左下框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖（根據(jù)該電路圖可得到U-I關(guān)系的完整曲線），可用的器材有：電壓傳感器、電流傳感器、滑線變阻器（變化范圍0-50Ω）、電動(dòng)勢(shì)為6V的電源（不計(jì)內(nèi)阻）、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干．

（2）如果將該小燈泡分別接入甲、乙兩個(gè)不同電路，如圖所示，其中甲電路的電源為一節(jié)干電池，乙電路的電源為三節(jié)干電池，每節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)電阻為1.5Ω，定值電阻R=18Ω，則接入

甲

（選填“甲”或“乙”）電路時(shí)，小燈泡較亮些．
（3）在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為

0.15

W．
（4）若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡，其他條件不變，則此時(shí)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為

0.26

W．

Answer 1

分析：測(cè)量小燈泡的伏安特性曲線，電流、電壓需從零開始測(cè)起，所以滑動(dòng)變阻器需采用分壓式接法，無法判斷燈泡的內(nèi)阻與電流表、電壓表內(nèi)阻的關(guān)系，所以電流表采取內(nèi)接和外接都可以．
作出電動(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)阻為2.0Ω的外電壓與電流關(guān)系圖線，與小燈泡伏安特性曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流為小燈泡的實(shí)際電壓和電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的實(shí)際功率．

解答：解：（1）電流電壓需從零測(cè)起，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓器接法．（如圖）

（2）甲電路中，因電源電壓為1.5V，如這個(gè)電壓全加在燈泡上，則由燈泡燈絲電阻的U-I圖線可知燈泡的電流值0.25A，此時(shí)的燈泡阻值為：R_L=6Ω，而實(shí)際上，由于電池由內(nèi)阻，相當(dāng)于一個(gè)1.5Ω的電阻與燈泡串聯(lián)，則燈泡兩端的電壓小于1.5V，由U-I圖線可知，燈泡的電阻值會(huì)小于6Ω，所以甲電路中的電流I_甲＞

U

R+r

=0.2A；乙電路中，因電源電壓為4.5V，如這個(gè)電壓全加在定值電阻和電池的內(nèi)阻上，則電路中的電流I₂=

U′

R+3r

=0.2A；而實(shí)際上，由于電池的內(nèi)阻、定值電阻和燈泡是串聯(lián)，電路中的總電阻值會(huì)變大，則乙電路中的實(shí)際電流I_乙會(huì)小于I₂；
由此分析可知，甲電路上燈泡中的電流會(huì)比乙電路上燈泡中的電流大，所以小燈泡較亮些．
（3）設(shè)電燈加上的實(shí)際電壓和實(shí)際電流分別為U和I． 在這個(gè)閉合電路中，有
    E=U+I（R+3r）
代入數(shù)據(jù)并整理得，U=4.5-22.5I
這是一個(gè)直線方程，把該直線在題U-I圖上畫出，如圖所示

這兩條曲線的交點(diǎn)為U=1V、I=0.15A，同時(shí)滿足了電路結(jié)構(gòu)和燈泡的要求，
燈泡的實(shí)際功率P=UI=1×0.15=0.15W
（4）若將電路乙中的電阻R替換為另一個(gè)完全相同的小燈泡，其他條件不變，
設(shè)每個(gè)電燈加上的實(shí)際電壓和實(shí)際電流分別為U和I． 在這個(gè)閉合電路中，有
    E=2U+3Ir
代入數(shù)據(jù)并整理得，U=2.25-2.25I
這是一個(gè)直線方程，把該直線在題U-I圖上畫出，如圖所示

這兩條曲線的交點(diǎn)I=0.24A，
電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為P=I²?3r=0.26w
故答案為：（1）如圖，
（2）甲
（3）0.15
（4）0.26

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握滑動(dòng)變阻器分壓式和限流式接法的區(qū)別，本題的難點(diǎn)在于球燈泡的時(shí)間功率，因?yàn)闊襞莸碾娏麟S電壓的變化而變化，只能通過作圖法解決．