Question

13．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V，2.5W”的小灯泡、若干导线和开关外，还有：
A．直流电源（电动势约为5V，内阻可不计）
B．直流电流表（量程0～3A，内阻约为0.1Ω）
C．直流电流表（量程0～600mA，内阻约为5Ω）
D．直流电压表（量程0～15V，内阻约为15kΩ）
E．直流电压表（量程0～5V，内阻约为10kΩ）
F．滑动变阻器（最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A）
G．滑动变阻器（最大阻值1kΩ，允许通过的最大电流为0.5A）
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．
（1）实验中电流表应选用C，电压表应选用E，滑动变阻器应选用F（均用器材前的序号字母表示）．
（2）请按要求将图中所示的器材连成实验电路．

（3）某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E=3.5V，内阻r=lΩ，定值电阻R=9Ω，此时灯泡的实际功率为0.25 W．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电流选择电流表和电压表，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器．
（2）根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法，然后将实物电路连接完整．
（3）在灯泡的U-I图象坐标系内作出电源的U-I图象，根据图象求出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，然后求出此时灯泡实际功率

解答 解：（1）灯泡额定电流为：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2.5}{5}$=0.5A，则电流表量程选择0.6A即可，故电流表选C；额定电压为5V，故电压表应选择E；实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据，故滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择最大阻值较小的，故滑动变阻器选择E．
（2）描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡电阻约为R=$\frac{U}{I}$，电流表内阻约为5Ω，电压表内阻约为15kΩ，则电压表内阻远大于灯泡电阻，故电流表应采用外接法，据此将实物电路连接完整如图所示；
（3）从作出的小灯泡的伏安特性曲线可知，小灯泡的电阻逐渐增大，原因是随着电流的增大，灯丝的温度逐渐升高，灯丝的电阻随温度的升高而增大；把定值电阻R=9Ω与电源整体看做等效电源，根据闭合电路欧姆定律得：U=3.5-10I，
在图甲中作出电源的U-I图象如图所示，由上图图象可知，此时灯泡两端电压U=1.0V，灯泡电流I=0.25A，灯泡实际功率P=UI=1.0×0.25W=0.25W；
故答案为：（1）C，E，F；（2）如图所示；（3）0.25．

点评 本题考查了实验器材的选择、设计实验电路图，确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的前提与关键，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器采用分压接法，求灯泡实际功率时要注意图象法的应用，要掌握应用图象法处理实验数据的方法．