Question

20．某研究性学习小组的同学们设计了描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验，待测小灯泡上标有“3.8V，0.3A”字样．要求测量结果尽量精确，并绘制出小灯泡两端电压在0～3.8V范围内完整的伏安特性曲线．
（1）若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求，其中电压表的内阻约10kΩ，电流表的内阻约0.5Ω，则在如图1所示的两种实验方案中，应选择图A所示电路进行实验．（选填选项下面的字母序号）

（2）若实验中只提供了量程为100mA，内阻r_g 为6.0Ω的电流表A₁，为了绘制完整的伏安特性曲线，需要将电流表A₁改装成量程为0.4A的电流表A₂，则应将电流表A₁并联（选填“串联”或“并联”）一个阻值为2.0Ω的定值电阻，才能实现改装的要求．
（3）小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示，根据这个特性曲线，同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系，或与通过其电流的关系，猜想出了如图3所示的关系图象，其中可能正确的是AB．（选填选项下面的字母序号）

（4）根据图2所示的伏安特性曲线可知，这只小灯泡两端电压由1.0V变化到3.8V的过程中，灯丝的电阻值变大．（选填“变大”、“不变”或“变小”）
（5）某同学将该小灯泡与一个阻值为4.0Ω的定值电阻串联后，接在一个电动势为3.0V、内阻为1.0Ω的电源上，组成一个闭合电路，则此时该小灯泡实际功率约为0.38W．（保留2位有效数字）

Answer 1

分析 （1）明确实验要求，从而明确对应的电路图；
（2）根据串并联电路的规律进行电路的改装；
（3）根据电功率公式进行分析，结合电阻的变化从而明确图象的变化；
（4）根据I-U图象分析电阻的变化；
（5）电源与定值电阻整体组成一个等效电源，在图象中作出电源的I-U图象，由图象找出电路电流与灯泡电压，然后由P=UI求出灯泡功率．

解答 解：（1）实验中要求绘制出小灯泡两端电压在0～3.8V范围内完整的伏安特性曲线．则必须采用滑动变阻器分压接法；而由于灯泡内阻较小，故应采用电流表外接法，故选A；
（2）电流表扩大量程要并联电阻，需并联的阻值为；R=$\frac{{I}_{g}{R}_{g}}{I-{I}_{g}}$=$\frac{0.1×6}{0.4-0.1}$=2.0Ω；
（3）根据I-U图线的斜率表示电阻的倒数，知电阻随电压的增大而增大．
P-U²图线的斜率表示电阻倒数，电阻增大，知P与U²图线的斜率减小，所以B正确．
P-I²图线的斜率表示电阻的大小，电阻增大，知P与I²图线的斜率增大．所以A正确．故选AB；
（4）由图可知，图象的斜率越来越小，而I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，故说明电阻越来越大；
（5）电源与5.0Ω的定值电阻串联组成等效电源，有：U=E-I（R+r）=3-（4+1）I=3-5I；
在灯泡伏安特性曲线中作出电源的U-I图象，

两图象的交点坐标值为，U=2.0V，I=0.19A，灯泡功率P=UI=2.0V×0.19A=0.38W；
故答案为：（1）A（2）并联，2.0；（3）AB（4）变大     （5）0.38

点评 滑动变阻器采用分压接法时，电压与电流可以从零开始变化，滑动变阻器采用限流接法时，电压与电流不能从零开始变化．
求灯泡实际功率时，需要在U-I图象中再画出表示电源的U-I图象，根据交点坐标来求功率．