Question

18．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，设计了如图1所示的电路，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
B．电压表V
C．电流表A
D．滑动变阻器R₁（0-20Ω，5A）
E．滑动变阻器R₂（0-200Ω，1A）
F．开关与导线若干
请回答以下问题：
（1）滑动变阻器应选择D（填选项前的字母）．
（2）根据实验原理，用笔画线代替导线，将图中的实验电路实物图2连接完整．
（3）开关S闭合之前，图中滑动变阻器的滑片应该置于A．（选填“A端”、“B端”或“AB中间”）
（4）如图（a）所示为该种灯泡的U一I图象，现将两个这种
小灯泡己L₁、L₂与一个阻值为5Ω的定值电阻R连成如图（b）所示的电路，电源的内阻为r=2.5Ω，电键S闭合后，小灯泡L₁与定值电阻R的电功率恰好均为P，则P=0.2W，电源的电动势E=6V．

Answer 1

分析 （1）为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器．
（2）根据实验目的与实验器材确定滑动变阻器与电流表的接法，然后连接实物电路图．
（3）滑动变阻器采用分压接法时，为保护电路安全，闭合开关前滑片应置于分压电路分压为零的位置．
（4）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电动势．

解答 解：（1）由图可知，本实验采用的分压接法，故为方便实验操作，滑动变阻器应用小电阻；故选D．
（2）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；
灯泡正常发光时的电阻R$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，电压表内阻约为几千欧姆甚至几万欧姆，电流表内阻约为零点几欧姆，
电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示：

（3）滑动变阻器采用分压接法，为保证安全，开关S闭合之前，图1中滑动变阻器的滑片应该置于A端．
（4）由图3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，电源电动势：E=U_外+Ir=1V+4V+0.4A×2.5Ω=6V．
故答案为：（1）D；（2）电路图如图所示；（3）A端；（4）0.2；6．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验器材的选择、求功率；第（4）小题是本题的难点，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．