Question

18．某实验小组要描绘一个标有“3.8V，1W”的小灯泡L的R-U曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：
A．电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）
B．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）
C．电流表A₁（量程150mA，内阻约为2Ω）
D．电流表A₂（量程300mA，内阻约为1Ω）
E．滑动变阻器R₁（阻值0～10Ω）
F．滑动变阻器R₂（阻值0～200Ω）
（1）实验中为较准确测量、方便调节，电流表应选用A₂，滑动变阻器应选用R₁；（填写仪器符号）
（2）实验中要求小灯泡的电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小．请你为该实验小组设计电路图，画在如图1的方框中

（3）据实验数据，计算并描绘出了R-U的图象，如图2所示．由图象可知，当所加电压为3.00V时，灯泡实际消耗的电功率为0.78 W．假设灯丝电阻R与其温度t的关系是R=k（t+273）（k为比例系数），室温为27℃，可知该灯泡正常发光时，灯丝的温度约为232.7℃；
（4）小灯泡的电功率P随电压U变化的图象及其伏安特性曲线可能分别是图3中的C．
A．①和③B．①和④
C．②和③D．②和④

Answer 1

分析 （1）仪表的选择应本着安全准确的原则；由流过灯泡的电流判断需要的电流表；根据滑动变阻器的作用可选择合适的滑动变阻器；
（2）根据实验原理和实验要求可明确对应的电路图；
（3）根据图示图象求出电压对应的电阻，从而确定小灯泡消耗的实际功率；根据图象可知当不通电时小灯泡的电阻为1.5Ω，则1.5=K（27+273），当小灯泡正常发光时，其电阻为13Ω，则13=K（t+273），联立以上二式求出t；
（4）由功率公式可得出符合题意的图象．

解答 解：（1）对器材的选用应以安全、实用为原则．小灯泡的额定电压和额定电流分别为3.8V，额定电流I=$\frac{1}{3.8}$=260mA；故电流表应选择A₂，由于是分压接法，故滑动变阻器应选R₁，便于调节；
（2）由于小灯泡内阻较小，故电流表应用外接法，又变阻器应采用分压式，所以电路图如图所示：

图乙所示图象可知，小灯泡在不工作时，即U=0时，灯丝电阻为R=1.5Ω；
当所加电压为3V时，灯丝电阻为R′=11.5Ω，灯泡实际功率：P=$\frac{{U}^{2}}{R}=\frac{{3}^{2}}{11.5}$≈0.78W．
由图可知当不通电时小灯泡的电阻约为1.5Ω，则1.5=K（27+273），当小灯泡正常发光时，其两端电压为3.8V，电阻为13Ω，则13=K（t+273），解得t=2327°C；
（4）根据P=UI可知I=$\frac{P}{U}$，即P-U图象的斜率为电流I，R-U图象的斜率的倒数为I，由乙图可知随电压的增大提供导体的电流越大，故P-U图象的斜率应随电压的增大而增大，故②正确；由乙图可知随电压的增大导体的电阻增大，故$\frac{U}{I}$越大，故I-U图象的斜率随电压的增大而减小，故③正确；故选C．
故答案为：（1）A₂；R₁（2）如图所示；（3）0.78；232.7（4）C．

点评 本题考查了描绘小灯泡伏安特性曲线的实验，涉及滑动变阻器、电流表的接法及电表量程的选择和滑动变阻器的选择，电路图的设计，图象信息的读取，难度较大，综合性较强．