Question

16．某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：
小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）
电压表V（量程3V，内阻3kΩ）
电流表A（量程0.5A，内阻0.5Ω）
固定电阻R₀（阻值1000Ω）
滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）
电源E（电动势5V，内阻不计）
开关S；导线若干．
（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．
（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示．
由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率增大（填“增大”“不变”或“减小”）．
（3）用另一电源E₀（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为0.41W，最大功率为1.17W．（结果均保留2位小数）

Answer 1

分析 （1）明确实验原理，根据实验中给出的仪器分析滑动变阻器以及电流表接法；
（2）根据I-U图象的性质进行分析，明确电阻随电流变化的规律，从而明确电阻率的变化情况；
（3）分析滑动变阻器接入电阻的变化，作出等效电源的伏安特性曲线，得出对应的电流值和电压值，从而明确灯泡功率的极值．

解答 解：（1）因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；因电流表内阻和灯泡内阻接近，故电流表采用外接法；另外为了扩大电压表量程，应用R₀和电压表串联，故原理图如图所示；

（2）I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，图象的斜率随电压的增大而减小，故说明电阻随电流的增大而增大；其原因是灯丝的电阻率随着电流的增大而增大；
（3）当滑动变阻器阻值全部接入时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为4V，等效内阻为10Ω；作出电源的伏安特性曲线如图a中实线所示；由图可知，灯泡电压为U=1.8V，电流I=230mA=0.23A，则最小功率P=UI=1.8×0.23=0.41W；

当滑动变阻器接入电阻为零时，灯泡消耗的功率最大；此时电源的内阻为1.0Ω，作出电源的伏安特性曲线如图a中虚线所示；如图a可知，此时电压为3.65V，电流为320mA=0.32A；则可知最大功率Pmax=U'I'=3.65×0.32=1.17W．
故答案为：（1）如图所示；（2）增大；增大；（3）0.41；1.17．

点评 本题考查灯泡伏安特性曲线的描绘实验，要注意明确实验原理，知道实验中数据分析的基本方法，注意在分析功率时只能根据图象进行分析求解，不能利用欧姆定律进行分析．