Question

3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3V  1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：

A．直流电源3V（内阻可不计） B．直流电流表0～600mA（内阻约0.5Ω）   C．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ） D．滑动变阻器（10Ω，1A）E．滑动变阻器（1kΩ，300mA）  F．开关、导线若干
（1）本实验中滑动变阻器选用D（填“D”或“E”）
（2）某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图1所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零．闭合开关后发现电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是d；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线是h；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是g．
（3）表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图3所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线．

U/V	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
I/A	0	0.17	0.30	0.39	0.45	0.49

（4）如图2所示，将两个这样的灯泡并联后再与5Ω的定值电阻R₀串联，接在电压恒定为4V的电路上，每个灯泡的实际功率为0.30  w（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 本题（1）的关键是明确变阻器采用分压式接法时，变阻器的阻值越小调节越方便；题（2）的关键是根据欧姆定律和串并联规律分析即可；题（3）认真描点，然后用平滑的曲线画出；题（4）的关键是将定值电阻看做电源的内阻，并写出闭合电路欧姆定律表达式，再在表示灯泡的I-U图象中作出表示电源的I-U图象，读出两图线的交点坐标即可．

解答 解：（1）由于实验要求电流从零调，所以变阻器应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器D以方便调节；
（2）根据欧姆定律和串并联规律可知，电流表没有示数说明电路中一定有断路，而电压表有示数说明有电流通过电压表，所以只有导线d发生断路才行；
同理，电压表没有示数说明没有电流通过电压表，结合电流表有示数说明导线h发生了断路；
电流表电压表不能从零调说明变阻器不是分压式接法，所以一定是导线g发生了断路；
（3）画出的I-U图象如图所示：

（4）将定值电阻等效为电源的内阻，即r=${R}_{0}^{\;}$，设通过灯泡的电流为I，根据闭合电路欧姆定律应有E=U+2Ir=U+2I${R}_{0}^{\;}$，变形为I=-$\frac{1}{{2R}_{0}^{\;}}U$$+\frac{E}{{2R}_{0}^{\;}}$，在表示小灯泡的I-U图象中同时作出表示电源的I-U图象如图所示，读出两图线的交点坐标为I=0.30A，U=1.0V，所以每个小灯泡消耗的实际功率为P=UI=0.30W；

故答案为：（1）D；（2）d，h，g；（3）如图；（4）0.30

点评 应明确：①变阻器采用分压式接法时，应选择阻值小的变阻器以方便调节；②在表示小灯泡的I-U图象中同时作出表示电源的I-U图象，两图线的交点即表示通过小灯泡的实际电流和电压．