Question

4．一只小灯泡，额定功率为0.75W，额定电压值已模糊不清．A小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=$\sqrt{PR}$=1.5V．B小组同学认为A小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制灯泡的U-I图线，进而找到灯泡的额定电压．
A．电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）       
B．电流表A1（量程1 500mA，内阻约0.02Ω）
C．电流表A₂（量程500mA，内阻约0.6Ω）
D．滑动变阻器R₁（0～10Ω）
E．滑动变阻器R₂（0～100Ω）           
F．电源E（电动势4.0V，内阻不计）
G．开关S和导线若干              
H．待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）
（1）在实验过程中，B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，在下面图a所给的虚线框中画出实验的电路原理图．上述器材中，电流表选A₂（选填“A₁”或“A₂”）；滑动变阻器选R₁（选填“R₁”或“R₂”）．

（2）当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开关，并将所测数据记录在下面表格中．

次数	1	2	3	4	5	6	7
U/V	0.20	0.60	1.00	1.40	1.80	2.20	2.70
I/mA	80	155	195	227	255	279	310

请你根据表中实验数据在图b中作出灯泡的UI图线．
（3）由图象得出该灯泡的额定电压应为2.5V；显然这一结果大于1.5V，究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而升高．

Answer 1

分析 （1）根据表格数据中电流值可以选择电流表量程；电压要从零开始连续调节，故滑动变阻器从分压式接法，故用小电阻的滑动变阻器调节方便；
（2）采用描点法做出U-I图象，注意通过坐标原点；
（3）根据题目中的功率和做出的I-U图象计算额定电压；不同工作电压，小灯泡的功率不同，温度不同，电阻值不同．

解答 解：（1）题目表格中电流最大310mA，考虑测量的精确度，故电流表选择A₂；
要描绘小灯泡的U-I图象，电压要从零开始连续调节，故滑动变阻器从分压式接法，故选择小量程的变阻器方便操作，故变阻器选择R₁；
（2）小灯泡的U-I图象如图所示：
（3）小灯泡的功率为0.75W；
当电压为2.5V时，电流为0.3A，此时电功率为：P=UI=2.5×0.3=0.75W，恰好等于额定功率，故额定电压为2.5V；
显然这一结果大管于1.5 V，究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而升高；
故答案为：（1）A₂、R₁；（2）如图所示；（3）2.5，灯泡电阻随着温度的升高而升高．

点评 本题考查测量灯泡的U-I曲线的原理；要掌握实验器材的选取原则，熟记电流表内接法与外接法的选择方法，以及滑动变阻器分压式接法的条件即选择原则．