Question

16．某同学想要描绘标有“3.8V，0.3A”字样的小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据、绘制曲线尽量准确．可供选择的器材除小灯泡、开关、导线外，还有：
电压表V，量程0～5V，内阻约5kΩ
电流表A₁，量程0～500mA，内阻约0.5Ω
电流表A₂，量程0～100mA，内阻约4Ω
滑动变阻器R₁，最大阻值10Ω，额定电流2.0A
滑动变阻器R₂，最大阻值100Ω，额定电流1.0A
直流电源E，电动势约6V，内阻可忽略不计
①上述器材中，电流表应选A₁，滑动变阻器应选R₁（填写所选器材后的字母）．
②请将虚线框内图甲所示的实验电路图补画完整．
③该同学通过实验得出了小灯泡的I-U图象如图乙所示．由图可知，随着电压的增加，小灯泡的电阻逐渐增大（选填“增大”或“减小”）；当小灯泡上的电压为3.00V时，小灯泡的电阻是11Ω（结果保留2位有效数字）．

④该同学在获得了③中小灯泡的I-U图象后，又把两只这样的小灯泡并联，直接接在电动势为4V、内阻为8Ω的电源上组成闭合回路．请你利用图象计算此时一只小灯泡的功率约为0.18W（结果保留2位有效数字）．
⑤该同学看到实验室还有一个最大阻值为17kΩ的滑动变阻器R₃，想进一步探究若用R₃来替换本实验中的滑动变阻器结果会怎样，请你分析论证该同学能否比较方便地获取多组数据，进而得到比较理想的小灯泡的伏安特性曲线．

Answer 1

分析 ①明确实验原理，根据给出的仪表进行选择；
②明确实验电路的接法，知道本实验采用电流表外接法和滑动变阻器分压接法；
③根据图象可明确电阻的变化，再确定电压为3.00V时的电流，由欧姆定律求解电阻大小；
④根据电路结构进行分析，明确对应的电源的伏安特性曲线，根据两图象的交点可得出灯泡的电流和电压，由功率公式可求得电功率；
⑤分析大电阻作为供电电路时对测量部分电流和电压的影响，从而明确能否利用R₃地行实验．

解答 解：①灯泡额定电流为0.3A，故电流表应选择A₁；由于本实验中必须采用分压接法，因此滑动变阻器应选择总阻值较小的R₁；
②本实验要求电流从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法，同时由于灯泡内阻较小，为了减小实验误差，故只能采用电流表外接法；如图所示；
③I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，则可知，灯泡内阻随电压的增大而增大；
当电压为3.00V时，电流约为0.29A，故电阻为：R=$\frac{3.00}{0.28}$=11Ω
④设灯泡电压为U，电流为I，则两灯泡并联接在电源两端，由闭合电路欧姆定律可得：
U=E-2Ir，代入数据可得：U=4.0-16I，
在图象中作出对应原伏安特性曲线，则由图可知，灯泡的电压为1.00V，电流为0.18A，则灯泡的功率为：P=UI=1.0×0.18=0.18W；
⑤本实验的目的是测量小灯泡的伏安特性曲线，电流、电压均要从零开始调节，故需要采用分压接法，如选择R₃滑动变阻器，滑动变阻器左端与灯泡并联，再与右侧串联，在滑动变阻器左端阻值较小时，小灯泡电压变化非常不明显，而当滑动变阻器左侧阻值非常大时，右端阻值与灯泡差不多，此时灯泡两端电压变化非常快，无法准确调节，故采用R₃无法得到理想的伏安特性曲线；
故答案为：①A₁；R₁；②如图所示；③增大；11；④0.18；⑤滑动变阻器左端与灯泡并联，再与右侧串联，在滑动变阻器左端阻值较小时，小灯泡电压变化非常不明显，而当滑动变阻器左侧阻值非常大时，右端阻值与灯泡差不多，此时灯泡两端电压变化非常快，无法准确调节，故采用R₃无法得到理想的伏安特性曲线；

点评 测定小灯泡的伏安特性曲线实验要求电压与电流从零调起或要求电流电压调节范围大一些，因此，滑动变阻器应采用分压式接法，并且所用电阻应为小电阻．