题目内容

10.某学习小组拟研究一个标有“3.6V  1.8W”的小电珠的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
①电流表A,量程0-0.6A,内阻约为0.2Ω;
②电压表V,量程0-15V,内阻约为15kΩ;
③滑动变阻器R,阻值范围0-10Ω;
④学生电源E,电动势为4V,内阻不计
⑤开关S及导线若干.
(1)该学习小组的某同学设计了如图甲所示的电路进行测量,请按照图甲所示的实物图帮该同学将图乙中的电路图补充完整.

(2)该同学在实验中发现,由于电压表的量程较大而造成读数误差很大,因而影响了测量结果.于是从实验室找来一只量程为Ig=100μA、内阻Rg=1000Ω的灵敏电流计,想把该灵敏电流计改装成量程为5V的电压表,则需串联一个阻值为49000Ω的电阻.
(3)该同学用改装后的电压表进行实验,得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示.请在图丙中的坐标纸上画出I1-I2图线.
I1(A)  0 0.19 0.300.37 0.43  0.460.48  0.49
 I2(μA) 010  2030  40 5060  70

(4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中,则该小电珠消耗的电功率约为0.35W.(已知电源的电动势为E=3.0V,内阻r=1.5Ω,定值电阻R0=4.5Ω,结果保留两位有效数字.提示:可作出该小电珠在此电路中的I-U图象帮助求解.)

分析 (1)分析实物图,根据实物图可得出对应的原理图;
(2)根据改装原理可明确要扩大量程应串联大电阻;根据串联电路的规律可求得串联电阻;
(3)根据描点法可得出对应的伏安特性曲线;
(4)将定值电阻等效为电源内阻,作出等效电源的伏安特性曲线,两图象的交点即为电源的工作点,读出交点坐标即可求出灯泡的功率.

解答 解:(1)根据实物图可得出对应的原理图,如图所示;
(2)要改装成电压表应串联一个大电阻;
设改装后的电压表为R总,则R总=$\frac{U}{{I}_{g}}$=$\frac{5}{100×1{0}^{-6}}$=50000Ω,
故R串=R总-Rg=49000Ω.
(3)根据表中数据利用描点法可得出对应的伏安特性曲线,如图所示;

(4)将定值电阻R0看做该电源的电阻,则内阻r′=6Ω,由此可得路端电压U=E-Ir′,在I1-I2图线所在坐标纸上作出该I-U图象如右图所示,可知其交点坐标表示的电流约为0.32 A,电压约为1.1 V,所以该灯泡消耗的功率约为P=0.32×1.1 W≈0.35 W).
故答案为:(1)如图所示;(2)49000;(3)如图所示;(4)0.35.

点评 本题考查测量小灯泡的伏安特性曲线,注意本实验中一般采用分压及电流表外接法,一定要牢记这两种接法的电路图.同时注意明确图象的性质和应用,能利用图象找出灯泡的工作点,注意等效电源的方法.

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