Question

19．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，需测量一个标有“3V，1.5W”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：
直流电源（电动势3.0V，内阻不计）
电流表A₁（量程3A，内阻约0.1Ω）
电流表A₂（量程600mA，内阻约5Ω）
电压表V₁（量程3V，内阻约3kΩ）
电压表V₂（量程15V，内阻约200kΩ）
滑动变阻器R₁（阻值0～10Ω，额定电流1A）
滑动变阻器R₂（阻值0～1kΩ，额定电流300mA）
（1）在该实验中，电流表应选择A₂（填“A₁”或“A₂”），电压表应选择V₁（填“V₁”或“V₂”），滑动变阻器应选择R₁（填“R₁”或“R₂”）
（2）某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和g连接成如图甲所示的电路，若用该电路测得灯泡的工作电压U和电流I，根据R=$\frac{U}{I}$计算此时灯泡的电阻，则灯泡电阻的测量值小于真实值（填“大于”、“等于”或“小于”）．

（3）该同学连接电路后检查所有元件都完好，电流表和电压表已调零，经检查各部分接触良好，但闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表和电流表示数不能调零，则断路的导线为h（填导线代号）
（4）图乙是在实验中根据测出的数据，在方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线，若将两个该种灯泡和一个6.0Ω的定值电阻一起串联与题中的电源组成闭合回路，请估算每个小灯泡的实际功率P=0.11W（保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电流选择电流表，根据灯泡额定功率选择电压表，在保证安全的前提下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器．
（2）明确电路结构，根据电表内阻的影响进行分析，从而明确误差情况；
（3）根据实验现象进行分析，明确滑动变阻器分压和限流接法的主要区别，从而明确故障原因；
（4）根据题意明确电路接法，设单个灯泡的电压和电流，根据闭合电路欧姆定律得出电压和电流关系式，在灯泡伏安特性曲线中作出对应的图象，两图象的交点表示灯泡的工作点，从而求出灯泡功率．

解答 解：（1）灯泡额定电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1.5}{3}$=0.5A，故电流表选A₂（量程600mA，内阻约5Ω），
灯泡额定电压为4V，如果选择15V量程则误差太大，故电压表只能选V₁（量程3V，内阻约3kΩ），
为保证电路安全，方便实验操作，滑动变阻器应选：R₁（阻值0～10Ω，额定电流1A）．
（2）由图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用使电流表示数偏大，则由欧姆定律可知，测量结果偏小；
（3）电路元件都完好，各部分接触良好，闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，说明电路是连通的；但电压表和电流表的示数不能调为零，显然是由于滑动变阻器采用限流接法造成的，故断路的应为导线h；
（4）两个该种灯泡和一个6.0Ω的定值电阻一起串联与题中的电源组成闭合回路，设灯泡电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律可知2U=E-IR，代入数据解得：
U=1.5-3I；在灯泡的伏安特性曲线中作出对应的图象，如图所示，两图象的交点表示灯泡的工作点，则由图可知，灯泡电压U=0.75V，电流I=0.25A，则其功率P=UI=0.75×0.25=0.11W；
故答案为：（1）A₂；V₁，R₁；（2）小于；（3）h；（4）0.11．

点评 本题考查伏安法测电阻的实验，要注意明确实验原理，明确实验电路图；同时知道灯泡的电阻随温度的变化而变化，从而明确对应的伏安特性曲线不能为直线；注意掌握根据图象分析数据的方法．