Question

18．某物理學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)過程中，用伏安法研究某種燈泡L₁（6V 2.5W）的伏安特性曲線，設(shè)計了如圖1所示的電路，要求多次測量，盡可能減小實驗誤差，備有下列器材：
A．直流電源
B．電壓表V
C．電流表A
D．滑動變阻器R₁（0-20Ω，5A）
E．滑動變阻器R₂（0-200Ω，1A）
F．開關(guān)與導(dǎo)線若干
請回答以下問題：
（1）滑動變阻器應(yīng)選擇D（填選項前的字母）．
（2）根據(jù)實驗原理，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實驗電路實物圖2連接完整．
（3）開關(guān)S閉合之前，圖中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于A．（選填“A端”、“B端”或“AB中間”）
（4）如圖（a）所示為該種燈泡的U一I圖象，現(xiàn)將兩個這種
小燈泡己L₁、L₂與一個阻值為5Ω的定值電阻R連成如圖（b）所示的電路，電源的內(nèi)阻為r=2.5Ω，電鍵S閉合后，小燈泡L₁與定值電阻R的電功率恰好均為P，則P=0.2W，電源的電動勢E=6V．

Answer 1

分析 （1）為方便實驗操作，應(yīng)選最大阻值較小的滑動變阻器．
（2）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，然后連接實物電路圖．
（3）滑動變阻器采用分壓接法時，為保護電路安全，閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于分壓電路分壓為零的位置．
（4）小燈泡L₁與定值電阻R的電功率均為P，可知此時燈泡L₁的電阻，通過電阻在圖象中得出電流、電壓，從而得出功率P的大�。�而燈泡L₂的電流是L₁電流的2倍，根據(jù)L₂的電流，通過圖線得出此時的電壓，再根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電源的電動勢．

解答 解：（1）由圖可知，本實驗采用的分壓接法，故為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)用小電阻；故選D．
（2）描繪燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，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$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，電壓表內(nèi)阻約為幾千歐姆甚至幾萬歐姆，電流表內(nèi)阻約為零點幾歐姆，
電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，實物電路圖如圖所示：

（3）滑動變阻器采用分壓接法，為保證安全，開關(guān)S閉合之前，圖1中滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于A端．
（4）由圖3所示電路圖可知，小燈泡L₁與定值電阻R并聯(lián)，它們兩端電壓相等，它們的電功率均為P，由P=UI可知，通過它們的電流相等，它們的電阻相等，即此時燈泡電阻為5Ω，由圖2所示圖象可知，燈泡兩端電壓為1V時通過燈泡的電流為0.2A，此時燈泡電阻為5Ω，則功率P=UI=1×0.2=0.2W；
由電路圖可知，L₂串聯(lián)在干路中，通過L₂的電流I=0.2+0.2=0.4A，由圖2所示圖象可知，電流0.4A所對應(yīng)的電壓為4V，
由閉合電路歐姆定律可知，電源電動勢：E=U_外+Ir=1V+4V+0.4A×2.5Ω=6V．
故答案為：（1）D；（2）電路圖如圖所示；（3）A端；（4）0.2；6．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗器材的選擇、求功率；第（4）小題是本題的難點，分析清楚電路結(jié)構(gòu)、根據(jù)電路結(jié)構(gòu)及串聯(lián)電路特點求出燈泡兩端電壓，由圖象求出通過燈泡的電流是正確解題的關(guān)鍵．