Question

5．为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如下：
A．待测小灯泡（6V，500mA）
B．电流表A（0～0.6A，内阻约0.5Ω）
C．电压表V（0～3V，内阻2kΩ）
D．滑动变阻器R₁（0～1kΩ，100mA）
E．滑动变阻器R₂（0～5Ω，1.5A）
F．电阻箱R₃（0～9999.9Ω）
G．直流电源E（约6V，内阻不计）
H．开关S，导线若干

（1）将电压表量程扩大为9V，与它串联的电阻箱的阻值应调为4　kΩ．
（2）图甲中画出了实验的部分电路，请你补全电路图；滑动变阻器应选用R₂（选填“R₁”或“R₂”）．
（3）实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5V-6.0V间变化，则电路中出现的故障可能是ac间断路．
（4）排除故障后，通过实验描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．则常温下灯丝的电阻为4Ω，若灯丝温度每升高1℃，电阻增大约为常温下电阻的万分之八，则将该小灯泡与一电动势为6V，内阻为5Ω的电池组连接时，灯丝的温度约为4.4×10³℃．（保留两位有效数字）
（5）若电压表V的实际阻值小于2kΩ，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的下方（选填“上方“或“下方“）．

Answer 1

分析 （1）根据欧姆定律求解与电压表串联的电阻箱的阻值．
（2）为使测量尽量准确，要求进行多次测量，滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的滑动变阻器；
（3）实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5V-6.0V间变化，即滑动变阻器没有采用分压式接法．
（4）根据图象的斜率求解常温时的电阻，再在对应的图象中做出伏安特性曲线，从而求得工作电阻，再由题意明确灯泡的温度；
（5）根据电路图连接实物电路图，然后根据电路图分析答题．

解答 解：（1）电压表V（0-3V 内阻2kΩ），将电压表量程扩大为9V，根据欧姆定律应有：（R+2）×$\frac{3}{2}$=9=V，代入数据可得：R=4kΩ，即电阻箱的阻值应调为4kΩ．
（2）为使测量尽量准确，要求进行多次测量，滑动变阻器采用分压接法，选择小电阻，即选R₂，由于灯泡电阻远小于电压表内阻，所以采用电流表外接法，电路图：
（3）实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5V-6.0V间变化，即滑动变阻器没有采用分压式接法．则电路中出现的故障可能是ac间断路，即滑动变阻器变成了限流式接法．
（4）如图所示，常温时图象的斜率约为：$\frac{1}{0.25}$=4Ω；在伏安特性曲线中做出对应电源的伏安特性曲线，如图所示，则灯泡两端的电压为3V，电流为0.4A，则电阻R=$\frac{3}{0.4}$=7.5Ω；
则增大的电阻为7.5-4=3.5Ω；
灯丝温度约为$\frac{3.5}{\frac{8}{10000}}$=4.4×10³℃；
（5）若电压表V的实际阻值大于5kΩ，所以导致测量的灯泡的电压值偏大，即相同电流情况下，灯泡实际电压比测量值偏小，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的上方．
故答案为：（1）4；（2）电路图如图所示，R₂；（3）ac间断路；（4）4；4.4×10³℃；（5）上方．

点评 解决本题的关键掌握器材选择的原则，以及知道滑动变阻器分压式接法和限流式接法的区别，电流表内外接的区别．