题目内容

15．为精确描绘一标有“4.8V 0.3A”的小灯泡的伏安特性曲线，可供选择的器材有：
电压表：量程1V，内阻998.3Ω
电流表：量程0.3A，内阻约5Ω
电阻箱R0：最大阻值99999.9Ω，符号“”
滑动变阻器R：0～20Ω
电源E：电动势约6V，内阻不计
单刀单掷开关1个，导线若干．

（1）实验中，某实验小组采用分段的方法进行描绘．他们先采用图1的电路描绘0-1.0V该灯泡的伏安特性曲线．
在某一电压下，电路中的电流表、电压表的示数如图2、3所示．则电流表的读数为0.103A，电压表的读数为0.79V．
调节滑动变阻器的电阻，读出电压表和电流表的示数，绘出0～1.0V该灯泡的伏安特性曲线如图4所示．
（2）之后，他们重新设计电路描绘该灯泡1.0V～4.80V电压的伏安特性曲线：
①请你利用上述器材为该组同学设计实验电路，并将它画在指定位置．
②为了满足本实验的要求并保证实验的精确度，电阻箱的阻值应为3993.2Ω．
③实验中描绘出1.0V～4.80V小灯泡的伏安特性曲线如图5所示，由图可知该灯泡的额定功率为1.43W（保留三位有效数字）．小灯泡工作在4.80V电压时与0.60V电压时的电阻比值为2.6（保留二位有效数字）．

分析 本题（1）电表读数时应根据电表每小格读数大小确定估读方法，若每小格读数出现“1”应进行“$\frac{1}{10}$”估读，出现“2”则应进行“$\frac{1}{2}$”估读，出现“5”应进行“$\frac{1}{5}$”估读；题（2）①的关键是应将电压表与电阻箱串联以扩大量程，由于待测电阻满足电流表外接的条件可知，电流表应用外接法，再根据电流从零调可知变阻器应处于分压式接法；题②根据小灯泡的额定电压为4.8V可知，应将电压表的量程改为5V，然后根据欧姆定律求出电阻箱的阻值即可；题③根据图5和图4读出相应的电压与电流，然后求解即可．

解答 解：（1）由于电流表每小格的读数为0.01A，应进行“$\frac{1}{10}$”估读，即应估读到0.001A，所以电流表的读数为I=0.103A；
同理，电压表每小格读数为0.02V，所以应进行“$\frac{1}{2}$”估读，即应估读到0.01V，所以电压表读数为U=0.79V；
（2）①由于电压表的量程远小于小灯泡的额定电压，所以应将电压表与电阻箱串联进行改装，又因为小灯泡的电阻远小于改装后电压表的内阻，所以电流表应采用外接法；
由于测定小灯泡的伏安特性曲线要求电流从零调，所以变阻器应采用分压式接法，电路图如图所示：

②小灯泡的额定电压为4.8V，可将电压表的量程改为5V，根据欧姆定律可知，电阻箱的电阻应调为${R}_{0}^{\;}$=$\frac{5-1}{\frac{1}{998.3}}=3993.2Ω$；
③根据U-I图象可读出当电压U=4.8V时，对应的电流为I=0.296A，所以小灯泡的额定功率为P=UI=4.8×0.296≈1.43W（1.40～1.44都可以）；
小灯泡在4.8V时对应的电阻为${R}_{1}^{\;}$=$\frac{4.8}{0.296}=16.6Ω$
当电压为0.6V时，通过图4的U-I图象读出对应的电流为I=0.1A，所以电阻为${R}_{2}^{\;}$=$\frac{U}{I}=\frac{0.6}{0.1}=6Ω$，所以$\frac{{R}_{1}^{\;}}{{R}_{2}^{\;}}$=$\frac{16.6}{6}≈2.8$（2.4～2.8均可以）；
故答案为：（1）0.103，0.79
（2）①如图；②3993.2；③1.43，2.6

点评 应明确：①电表的读数方法是：当电表每小格读数出现“1”，就按“$\frac{1}{10}$”估读，出现“2”时，就按“$\frac{1}{2}$”估读，出现“5”时，就按“$\frac{1}{5}$”估读；②当给出的电表量程较小时，应考虑进行改装；③当电路要求电流从零调时，变阻器应采用分压式接法．

练习册系列答案
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