Question

20．某实验小组为了测定小灯泡的伏安特性曲线，选取了如图甲所示的实验器材．待测小灯泡的额定电压为3.2V，要求测量范围尽量大一些，并描绘出小灯泡的伏安特性曲线．

（1）选取电源的电动势4.0V，电源内阻不计．同学们为了精确测量电压，需要将量程1.0V的电压表改装为量程4.0V，已知1.0V电压表的内阻为1.2kΩ，需要给电压表串联（选填：串连、并联）一个R₀=3.6KΩ的定值电阻．
（2）用笔代替导线，将仪器实物图按实验要求连接好
（3）同学们正确实验后描绘出小灯泡伏安特性曲线如图乙所示，由伏安特性曲线可知，当小灯泡两端电压增大、灯丝温度升高时，电阻增大（选填：增大、不变、减小）．正常工作时灯丝电阻等于10.3Ω，额定功率是0.99W（均取两位有效数字）．
（4）将实验时所用的电源串连上一个R'=10Ω的电阻，再与这个小灯泡直接串连在一起，则小灯泡的实际功率是0.39W（取两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）明确改装原理，根据串并联电路规律可明确应串联的电阻；
（2）根据实验原理进行分析，明确电路接法；
（3）明确I-U图象的性质，知道图象的斜率的意义，从而明确电阻的变化；并根据图象明确额定电流，由欧姆定律求出电阻，根据功率公式求出功率；
（4）在I-U图象中作出电源的伏安特性曲线，两图的交点表示灯泡的工作点，从而求出对应的功率．

解答 解：（1）根据改装原理，要将电压表量程扩大，应串联一个电阻，根据串并联电路规律可知，应串接的电阻为：
R=$\frac{U}{\frac{{U}_{g}}{{R}_{g}}}-{R}_{g}$=$\frac{4}{\frac{1}{1.2×1{0}^{3}}}-1.2×1{0}^{3}$=3.6×10³Ω=3.6KΩ；
（2）本实验要求电压由零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法，同时因灯泡内阻较小，故应采用电流表外接法，如图所示；
（3）I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，则由图可知，电阻随电压的升高而增大；
当电压为3.2V时，电流约为0.3A，则内阻为：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.2}{0.31}$=10.3Ω；
额定功率为：
P=UI=3.2×0.31=0.99W；
（4）电源的电动势为4V，接入电阻为10Ω，将其等效为电源内阻，在灯泡伏安特性曲线中作出等效电源的图象，如图所示；灯泡实际电压为1.7V，电流为0.23A，则其功率：
P=UI=1.7×0.23=0.39W．
故答案为：（1）串联；3.6；（2）如图甲所示；（3）增大；10.3；0.99；（4）0.39．

点评 本题考查灯泡伏安特性曲线的实验，要注意明确本实验中采用滑动变阻器分压接法以及电流表外接法，同时注意明确I-U图象的性质，能根据I-U图象分析电阻的变化以及图象的应用，能根据图象分析求解实际功率．