Question

5．一個(gè)小燈泡的額定電壓為2.0V，額定電流約為0.5A，選用下列實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪和研究小燈泡的伏安特性曲線
A．電源E：電動(dòng)勢(shì)為3.0V，內(nèi)阻不計(jì)；
B．電壓表V₁：量程為0～3V，內(nèi)阻約為1kΩ
C．電壓表V₂：量程為0～15V，內(nèi)阻約為4kΩ
D．電流表A₁：量程為0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω；
E．電流表A₂：量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.6Ω；
F．滑動(dòng)變阻器R₁：最大阻值為10Ω，額定電流為0.5A；
G．滑動(dòng)變阻器R₂：最大阻值為15Ω，額定電流為1.0A；
H．滑動(dòng)變阻器R₃：最大阻值為150Ω，額定電流為1.0A；
I．開關(guān)S，導(dǎo)線若干．
實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示通過小燈泡的電流和加在小燈泡兩端的電壓）；

I/A	0.00	0.12	0.21	0.29	0.34	0.38	0.42	0.45	0.47	0.49	0.50
U/V	0.00	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80	2.00

①實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用B；電流表應(yīng)選用E；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用G（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）．
②請(qǐng)連接實(shí)物圖2．并根據(jù)你的連線，閉合開關(guān)前，應(yīng)使變阻器滑片放在最左（填“左”或”右”）端．
③在坐標(biāo)紙上（圖1）畫出小燈泡的U-I曲線（已畫出）．
④若將本題中的兩個(gè)相同的小燈泡并聯(lián)后與1.0Ω的電阻串聯(lián)，接在電壓恒為1.5V的電源兩端，則小燈泡的實(shí)際功率約為0.27W（卷面要能反映你所用的方法，保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 ①根據(jù)燈泡額定電壓選擇電壓表，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流選擇電流表，在保證安全的前提下，為方便實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器．
②電壓與電流從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，根據(jù)燈泡電阻與電表內(nèi)阻關(guān)系確定電流表接法，然后連接實(shí)物電路圖；閉合開關(guān)前，分壓電路分得的電壓應(yīng)為零．
③根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作出U-I圖象；
④根據(jù)閉合電路歐姆定律以及串并聯(lián)電路的規(guī)律作出對(duì)應(yīng)的U-I關(guān)系式，然后在同一坐標(biāo)系中作出電池的U-I圖象，兩圖象的交點(diǎn)坐標(biāo)值是燈泡的電壓與電流值，由P=UI求出燈泡的實(shí)際功率．

解答 解：①燈泡額定電壓是2V，則電壓表選B；燈泡額定電流為0.5A，則電流表選E；為方便實(shí)驗(yàn)操作同時(shí)為了實(shí)驗(yàn)安全，因燈泡額定電流為0.5A，則流過滑動(dòng)變阻器的電流可能大于0.6A，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選G．
②燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2}{0.5}$=4Ω，應(yīng)視為小電阻，故電流表采用外接法，
由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電壓與電流從零開始變化，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，連接的實(shí)物圖如圖2所示；開始時(shí)應(yīng)讓燈泡中電流為零，因此滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑到左端；
③根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作出燈泡的U-I圖象如圖2所示．由于燈泡內(nèi)阻隨溫度的升高而增大，故對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線不是直線；
④將本題中的兩個(gè)相同的小燈泡并聯(lián)后與1.0Ω的電阻串聯(lián)，接在電壓恒為1.5V的電源兩端．設(shè)電壓為U，電流為I，則干路電流為2I，將定值電阻等效為電源內(nèi)阻，則由閉合電路歐姆定律可得：
U=E-2IR
代入數(shù)據(jù)可得：U=1.5-2I
作出對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線如圖所示；由圖可知，電流I=0.34A，電壓U=0.8V，故功率為：P=UI=0.8×0.34=0.27W．
故答案為：①B；E；G；②如圖2所示；左；③如圖1所示；④0.27W．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵要先畫出小燈泡的伏安特性曲線和電源的路端電壓與電流關(guān)系圖線，注意燈泡電阻隨溫度的變化而變化，故只能根據(jù)圖象分析，根據(jù)兩圖的交點(diǎn)得到電源的實(shí)際輸出電壓和電流，再計(jì)算電功率．