Question

3．在研究“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，提供有以下器材：
A．電壓表V₁（0～5V）
B．電壓表V₂（0～15V）
C．電流表A₁（0～50mA）
D．電流表A₂（0～500mA）
E．滑動變阻器R₁（0～60Ω）
F．滑動變阻器R₂（0～2kΩ）
G．直流電源E
H．開關(guān)S及導(dǎo)線若干
I．小燈泡（U_額=5V）
某組同學(xué)連接完電路后，閉合電鍵，將滑動變阻器滑片從一端移到另外一端．移動過程中發(fā)現(xiàn)小燈未曾燒壞，記錄多組小燈兩端電壓U和通過小燈的電流I數(shù)據(jù)（包括滑片處于兩個端點時U、I數(shù)據(jù)），根據(jù)記錄的全部數(shù)據(jù)做出的U-I關(guān)系圖象如圖甲所示．

（1）根據(jù)實驗結(jié)果在圖乙虛線框內(nèi)畫出該組同學(xué)的實驗電路圖．
（2）根據(jù)實驗結(jié)果判斷得出實驗中選用：電壓表B（選填器材代號“A”或“B”），電流表D（選填器材代號“C”或“D”），滑動變阻器E（選填器材代號“E”或“F”）．
（3）根據(jù)圖甲信息得出器材G中的直流電源電動勢為8V，內(nèi)阻為10Ω．
（4）將兩個該型號小燈泡串聯(lián)后直接與器材G中的直流電源E相連．則每個小燈消耗的實際功率為0.56（0.55W～0.59W均對）W．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖甲數(shù)據(jù)，判斷滑動變阻器和電流表的接法，再作出實驗電路圖；
（2）根據(jù)圖甲測量數(shù)據(jù)，選擇電壓表和電流表，根據(jù)滑動變阻器接法，選擇滑動變阻器；
（3）根據(jù)圖甲數(shù)據(jù)，以及滑動變阻器的最大阻值，利用閉合電路歐姆定律列式，求出直流電源電動勢和內(nèi)阻；
（4）在圖甲中作出電源的U-I圖象，交點即為小燈泡串聯(lián)后的總電流和總電壓，再計算每個小燈消耗的實際功率；

解答 解：（1）從圖甲可知，將滑動變阻器滑片從一端移到另外一端過程中電表的示數(shù)不是從0開始測量的，因此滑動變阻器采用的不是分壓接法，而是限流接法；從圖甲可知，小燈泡的電阻為10Ω～30Ω，阻值較小，因此電流表采用外接法，作出的實驗電路圖如右上圖所示；
（2）從圖甲可知，記錄的全部數(shù)據(jù)中小燈兩端電壓U最大為6V，因此電壓表的量程需要選擇15V，故電壓表選B；通過小燈的電流I最大為：0.2A=200mA，故電流表的量程需要選擇500mA，故電流表選D；電路采用滑動變阻器限流接法，為了便于實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選小阻值的，
故滑動變阻器選E；
（3）從圖甲可知，當(dāng)滑動變阻器接入電阻為0時，小燈兩端電壓U₁最大為6V，通過小燈的電流I₁最大為0.2A，則此時小燈電阻R_L為30Ω，由閉合電路歐姆定律有：${I}_{1}=\frac{E}{{R}_{L}+r}$
當(dāng)滑動變阻器接入電阻為R₁=60Ω時，小燈兩端電壓U₂最小為1V，通過小燈的電流I₂最小為0.1A，則此時小燈電阻R_L為10Ω，
由閉合電路歐姆定律有：${I}_{2}=\frac{E}{{R}_{1}+{R}_{L}+r}$
解得：E=8V，r=10Ω；
（4）將兩個該型號小燈泡串聯(lián)后直接與器材G中的直流電源E相連，根據(jù)閉合電路歐姆定律有：E=2U+Ir，解得U=4-5I，作出此時的U-I圖象如圖所示

圖中交點I=0.18A，U=3.1V，則通過每個燈泡的電流為0.18A，每個燈泡的電壓為3.1V
故每個小燈消耗的實際功率P=0.18A×3.1V≈0.56W，（由于交點讀數(shù)存在誤差，因此在0.55W～0.59W范圍內(nèi)均對）
故答案為：（1）如右上圖所示；（2）B，D，E；（3）8，10；（4）0.56（0.55W～0.59W均對）．

點評 本題考查描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗電路圖、器材的選擇、閉合電路歐姆定律，解題的關(guān)鍵是掌握電流表、滑動變阻器的接法，結(jié)合圖象利用歐姆定律進行求解．