Question

9．为描述“220V   100W”白炽灯的伏安特性曲线，提供的器材有：白炽灯，调压变压器，22V交流电源，交流电压表（量程300V、内阻300kΩ），交流电流表（量程0.6A、内阻0.15Ω），开关，导线若干．
（1）如图（a）所示是调压变压器的构造图，在圆环形的铁芯上只绕一个线圈．如果将220V交流电接在变压器的AB端，测量电路接在BP端．该变压器用作降压变压器（选填“升压”或“降压”）．

（2）为使在额定电压下测得的实验数据的误差尽量小，请在图（b）中完成该测量原理电路图的连线．在电路接通之前，应将调压变压器的滑动触头P移动至B端，并且将滑动变阻器的滑片移动至b端 （选填“a端”或“b端”）附近．
（3）根据测量结果描绘出“220V  100W”白炽灯的伏安特性曲线如图（c）所示．若将两个“220V  100W”的灯泡串联后接入如图（d）所示的交流电路中，已知R₁=1kΩ，R₂=10kΩ，n₁=200匝，n₂=400匝，则通过白炽灯的电流为0.24A，电阻R₁消耗的功率为68W．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）明确变压器原理，根据电压之比等于线圈匝数之比可求得变压器性质；
（2）明确实验原理，根据实验要求可明确电路结构，从而得出实验电路，再根据实验安全安全确定开始时滑片的位置；
（3）根据变压器原理确定电路两端电压，再根据串并联电路的规律确定电压和电流的关系，再在I-U图象中作出对应的图象，交点即为灯泡的工作点，再根据功率公式确定电阻消耗的功率．

解答 解：（1）由图可知，输入端将全部线圈均接入，而输出端只接入了一部分线圈，则可知，输出电压一定小于输入电压，故为降压变压器；
（2）变压器视为电源，由于电源电压最大为220V，通过变压器可以将电压调整为零，故本实验不需要采用分压接法，应采用限流接法；同时灯泡电阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{2{20}^{2}}{100}$=484Ω，则有：R＞$\sqrt{{R}_{V}{R}_{A}}$=$\sqrt{300000×0.15}$=212Ω，故该电阻应视为大电阻，采用电流表内接法，故电路图如图所示；为了让电路中电流最小，开始时应将滑片调至接入电阻最大的位置，故滑片滑到b端；
（3）根据变压器原理$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{n}_{1}}{{n}_{2}}$可知，输出电压U₂=$\frac{220×400}{200}$=440V；
设灯泡电压为U，电流为I，则根据欧姆定律可得：
U₂=2U+（I+$\frac{2U}{{R}_{2}}$）r
代入数据并变形解得：
U=200-454I；
在灯泡的伏安特性曲线图中作出对应的图象，如图所示，则两图的交点为灯泡的工作点，由图可知，电流I=0.24A；电压U=90V；
R₁两端的电压U'=440-2U=440-180=260V；
故R₁消耗的电功率P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{26{0}^{2}}{100}$=68W；
故答案为：（1）降压   （2）电路如图        b端；（3）0.24；68．

点评 本题将变压器和灯泡伏安特性曲线的描绘实验结合，要注意明确变压器原理，能将其作为电源处理，同时再根据灯泡伏安特性曲线描绘的实验原理进行分析，明确电路结构和数据的处理，对学生要求较高．