Question

20．某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某种灯泡L₁（6V 2.5W）的伏安特性曲线，要求多次测量尽可能减小实验误差，备有下列器材：
A．直流电源（6V，内阻不知）
B．电流表G（满偏电流3mA，内阻R_g=10Ω）
C．电流表A（0-0.6A，内阻未知）
D．电压表V（0-15V）
E．滑动变阻器R（0-20Ω，5A）
F．滑动变阻器R′（0-200Ω，1A）
G．定值电阻R₀（阻值1990Ω）
H．开关与导线若干

（1）请根据实验需要，选择适当的器材：ABCEGH．
（2）请在图1中画出符合题意的测量电路图；
（3）如图2（a）所示为该种灯泡的U-I图象，现将两个这种小灯泡L₁、L₂与一个阻值为5Ω的定值电阻R连成如图2（b）所示的电路，电源的电动势为E=6V，电键S闭合后，小灯泡L₁与定值电阻R的电功率均为P，则P=0.2W，电源的内阻r=2.5Ω．

Answer 1

分析 （1）根据实验的要求，并能保证数据的准确性，可以选择对应的仪表；
（2）在该实验中，滑动变阻器采用分压接法，由于没有电压表，因此需要用已知内阻的电流表G进行改装，由此可画出原理图．
（3）小灯泡L₁与定值电阻R的电功率均为P，可知此时灯泡L₁的电阻，通过电阻在图象中得出电流、电压，从而得出功率P的大小．而灯泡L₂的电流是L₁电流的2倍，根据L₂的电流，通过图线得出此时的电压，再根据闭合电路欧姆定律求出电源的内阻．

解答 解：（1）实验中必选的仪表有：电源A、H；描绘灯泡的伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，故滑动变阻器选择小电阻E；由题意可知，没有电压表，需要用已知内阻的电流表G与定值电阻R₀串联测电压，故选择BG；电流表采用C；
故需要的仪器有：ABCEGH；
（2）灯泡电阻R$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
电压表内阻为10+1990=2000Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，
描绘灯泡的伏安特性曲线，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由题意可知，没有电压表，需要用已知内阻的电流表G与定值电阻R₀串联测电压，灯泡电阻R$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
电压表内阻为10+1990=2000Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示：
（3）由图2（b）所示电路图可知，小灯泡L₁与定值电阻R并联，它们两端电压相等，它们的电功率均为P，由P=UI可知，通过它们的电流相等，它们的电阻相等，即此时灯泡电阻为5Ω，由图2（a）所示图象可知，灯泡两端电压为1V时通过灯泡的电流为0.2A，此时灯泡电阻为5Ω，则功率P=UI=1×0.2=0.2W；
由电路图可知，L₂串联在干路中，通过L₂的电流I=0.2+0.2=0.4A，由图2（b）所示图象可知，电流0.4A所对应的电压为4V，由闭合电路欧姆定律可知，电源内阻：r=$\frac{E-{U}_{外}}{I}$=$\frac{6-1-4}{0.4}$=2.5Ω．
故答案为：（1）ABCEGH   
（2）如图所示    

（3）0.2，2.5

点评 本题考查了设计实验电路、实验器材的选择、求功率；第（3）小桶是本题的难点，分析清楚电路结构、根据电路结构及串联电路特点求出灯泡两端电压，由图象求出通过灯泡的电流是正确解题的关键．