Question

5．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的规格为
“3.8V 0.3A”，除了开关、导线外，还有如下器材：
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，内阻约0.5Ω
（1）上述器材中，电流表应选A₁，滑动变阻器应选R₁．（填器材符号）
（2）在电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零，闭合开关后，发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为c（用图中给出的导线符号表示）．

（3）通过实验得出了小灯泡的I-U图线如图乙，可知在小灯泡上的电压为2.0V时，小灯泡的电阻是8Ω．
（4）如果把该小灯泡直接接在电动势是2V、内阻是8Ω的电源上组成闭合回路，则通过小灯泡的电流为0.16A．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电流确定电流表的量程，从减小误差角度和可操作性角度确定滑动变阻器．
（2）根据电压表及电流表的示数可以得出电路中的故障原因；若电压表有示数说明电压表与电源相连，一般在电压表中间的部分存在断路；若电流表有示数而电压表无示数，说明有短路现象；
（3）由图可读出电压为2V时的电流，则由欧姆定律可求得电阻值；
（4）根据闭合电路欧姆定律，在乙图上作出电源U-I图象，此图象与电灯的伏安特性曲线的交点，表示电灯实际工作状态，读出交点的电压和电流．

解答 解：（1）灯泡的额定电流是0.3A，可知选择量程为500mA的电流表，即选择A₁．
从测量的精确度考虑，滑动变阻器选择总电阻为10Ω的误差较小，即选择R₁．
（2）调节滑动变阻器能控制电路说明电路是完好的，但电压表及电流表无法调到零说明接成了限流接法，故应该是c导线断路；
（3）由图可知，当电压为2V时，电流为0.25A，则电阻为：R=$\frac{2}{0.25}$=8Ω；
（4）设每只电灯加上的实际电压和实际电流分别为U和I． 在这个闭合电路中，有：E=U+Ir
代入数据并整理得：U=2-8I
这是一个直线方程，把该直线在图乙上画出，如图所示．
这两条曲线的交点为I=0.15A，则通过小灯泡的电流为0.16A．
故答案为：（1）A₁，R₁；（2）c；（3）8；（4）0.16

点评 解决本题的关键掌握滑动变阻器分压式和限流式的区别，电流表内外接的区别，能根据实验现象判断实验故障，掌握应用数学方法，通过作图求解灯泡实际的电流．