Question

18．小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而变大，某同学利用实验探究这一现象．所提供的器材有：
A．电流表（A₁） 量程0-0.6A，内阻约0.125Ω
B．电流表（A₂） 量程0-3A，内阻约0.025Ω
C．电压表（V₁） 量程0-3V，内阻约3kΩ
D．电压表（V₂） 量程0-15V，内阻约15kΩ
E．滑动变阻器（R₁）总阻值约10Ω
F．滑动变阻器（R₂）总阻值约200Ω
G．电池（E）电动势3.0V，内阻很小
H．导线若干，电键K
该同学选择仪器，设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据：

I/A	0	0.12	0.21	0.29	0.34	0.38	0.42	0.45	0.47	0.49	0.50
U/V	0	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80	2.00

（1）请你推测该同学选择的器材是：电流表为A，电压表为C，滑动变阻器为E（以上均填写器材代号）．
（2）请你推测该同学设计的实验电路图并画在图甲的方框中．
（3）请在图乙的坐标系中画出小灯泡的I-U曲线．
（4）若将该小灯泡直接接在电动势是 1.5V，内阻是 2.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率为2.8W．

Answer 1

分析 （1）根据实验数据，结合实验的原理选择实验器材．
（2）为测量多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡电阻较小，远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，据此作出实验电路图．
（3）根据表中实验数据，应用描点法作图，作出小灯泡的伏安特性曲线．
（4）在小灯泡的伏安特性曲线上作出电源路端电压与电路电流关系图象，找出该图象与灯泡伏安特性曲线交点所对应的电压与电流值，由P=UI求出灯泡的实际功率．

解答 解：（1）由表中实验数据可知，电流最大测量值为0.5A，则电流表应选A；电压最大测量值为2V，电压表应选C；为方便实验操作滑动变阻器应选择E．
（2）由表中实验数据可知，电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡最大阻值约为：R_灯=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.00}{0.50}$=4Ω，电流表内阻约为0.125Ω，电压表内阻约为3kΩ，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应选择外接法；电路图如图所示．

（3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据坐标系内描出的点作出图象如图所示：

（4）小灯泡直接接在电动势是 1.5V，内阻是 2.0Ω，则短路电流：${I}_{短}=\frac{E}{r}=\frac{1.5}{2.0}=0.75$A
在灯泡的U-I图象坐标系内作出电源的U-I图象如图所示，

它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小灯泡的工作点，
由图象可知，小灯泡的实际电流为0.34A（0.33-0.35A均正确），电压为0.81A，（0.80-0.82V均正确），
功率P=IU=0.34×0.81≈0.28W．
故答案为：（1）A，C，E；（2）电路图如图所示；（3）图象如图所示；（4）0.28．

点评 本题考查了实验电路的设计，设计实验电路是实验常考问题，设计实验电路的关键是根据题目要求确定滑动变阻器采用分压接法还是采用限流接法，根据待测电路元件电阻大小与电表内阻间的关系确定电流表采用内接法还是外接法．