Question

3．某同学在“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，导线和开关外，还有：
A．直流电源：电动势约为6V，内阻可不计
B．直流电流表A₁：量程0～3A，内阻约为0.1Ω
C．直流电流表A₂：量程0～600mA，内阻约为5Ω
D．直流电压表V₁：量程0～15V，内阻为15kΩ
E．直流电压表V₂：量程0～3V，内阻为6kΩ
F．滑动变阻器R：0～10Ω，2A
G．电阻箱一个R₀（符号为“”）：0～9999.9Ω，最小调节量0.1Ω；
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化至额定电压5V，且电表读数相对误差较小．

（1）以上器材中电流表应选用A₂（填器材代号），电压表应选用V₂（填器材代号）．
（2）在图丙方框中画出实验原理电路图；
（3）通过实验作出小灯泡的伏安特性曲线，如图甲所示．现把两个完全相同的这种小灯泡并联接到电路中，电路图如图乙所示，其中电源电动势E=3V，内阻r=6Ω，则此时每个灯泡的实际功率为0.11W．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据小灯泡规格求出的额定电流来选择电流表的量程，根据额定电压5V只是15V电压表量程的$\frac{1}{3}$可知不能使用电压表D，只能将3V量程的电压表与电阻箱串联进行改装才行；
（2）根据题目要求确定为分压接法；再根据小灯泡的电阻远小于改装后电压表的内阻可知电流表应用外接法，即电路应是分压外接电路；
（3）由闭合电路欧姆定律以及串并联电路规律表示出小灯泡的U-I图象中同时画出表示电源的U-I图象，求出两图线的交点坐标即可．

解答 解：（1）根据小灯泡规格“5V，2.5W”可知小灯泡的额定电流为I=0.5A，所以电流表应选A₂；
根据通过电表的示数不能小于量程的$\frac{1}{3}$要求可知，电压表不能选择15V量程，可考虑将3V量程的电压表与电阻箱串联进行改装，即电压表应选V₂；
（2）由于小灯泡的电阻远小于改装后电压表的内阻，电流表应用外接法，即电路应是外接分压电路，电路图如图所示：
（3）设通过小灯泡的电流为I，根据闭合电路欧姆定律应有E=U+2Ir，变形为U=-2rI+E=-12I+3，
在小灯泡的U-I图象中同时作出表示电源的U-I图象如图所示，其交点坐标为U=0.6V，I=0.19A，
所以小灯泡消耗的实际功率为P=UI=0.6×0.19=0.11W；
故答案为：（1）（1）A₂；　V₂　　（2）如图所示；（3）0.11

点评 本题应明确：①应根据小灯泡的额定电流和额定电压来选择电流表与电压表的量程，当电表量程较小时可考虑进行改装；②当变阻器采用分压式接法时，应选择阻值小的变阻器以方便调节；③在表示小灯泡的U-I图象中同时作出表示电源的U-I图象，求出两图线的交点坐标即可求解．