Question

6．某学习小组设计实验描绘小灯泡L（额定电压2.5V，额定功率1.2W）的U-I特性曲线，可供选择的实验器材有：
A．电源（电动势E=3.0V，内阻r=1.0Ω）
B．电流表A₁（量程0-0.6A，内阻r₁=1.0Ω）
C．电流表A₂（量程0-3A，内阻r₂=0.3Ω）
D．电压表V₁（量程0-15V，内阻约3kΩ）
E．电压表V₂（量程0-3V，内阻未知）
F．滑动变阻器R₁（0-10Ω，允许通过的最大电流2A）
G．滑动变阻器R₂（0～500Ω，允许通过的最大电流0.5A）
H．开关一个和导线若干

实验要求待测小灯泡两端的电压从零开始变化．测量中电表的最大读数不小于其量程的$\frac{1}{3}$，则：
（1）电压表应该选E，滑动变阻器应选F（均选填器材前的序号）．
（2）根据实验要求，连接实物图甲，使它成为完整的实验电路（其中，部分电路已连好不得更改）．
（3）连接电路后，该小组测得的实验数据如下表所示：

I/A	0.15	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45
U/V	0.25	0.40	0.60	0.90	1.25	1.85	2.50

其中，I是电流表的示数，U是电压表的示数，用U_x表示待测小灯泡L两端的实际电压，通过计算算出每组数据对应的U_x，在如图乙所示的坐标图中画出其U_x-I曲线．
（4）该小组将本实验中的待测小灯泡L以及所选的滑动变阻器并联起来，接在实验中提供的电源两端，要使电源的输出功率最大，则滑动变阻器接入电路的阻值为1.3Ω（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）根据小灯泡的额定电流选择电流表，根据小灯泡额定电压选择电压表，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的滑动变阻器．
（2）根据灯泡电阻与电表内阻的关系确定电流表接法，然后答题．滑动变阻器采用分压接法；
（3）根据描点法作图；
（4）当并联电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，再结合串并联电路的特点求解即可．

解答 解：（1）小灯泡额定电流I=$\frac{P}{U}=\frac{1.2}{2.5}=0.48A$，电流表应选B，
小灯泡额定电压为2.5V，电压表选E；
为方便实验操作，滑动变阻器应选最大阻值较小的F，
（2）小灯泡正常发光时的电阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{2．{5}^{2}}{1.2}=5.2Ω$，电流表内阻约1Ω，则小灯泡属于小电阻，电流表应采用外接法，由图甲所示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，实物图如图所示：
（3）根据电路图可知，小灯泡L两端的实际电压即为电压表示数，根据描点法作出U_x-I曲线，如图所示：
（4）该小组将本实验中的待测小灯泡L以及所选的滑动变阻器并联起来，当并联电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，此时电路中电流为I=$\frac{E}{2r}=\frac{3}{2}=1.5A$，小灯泡的电压U=1.5V，根据图乙可知，小灯泡的电流为0.38A，所以滑动变阻器的电流I′=1.5-0.38=1.12A，
根据欧姆定律可知，滑动变阻器的电阻R=$\frac{1.5}{1.12}=1.3Ω$．
故答案为：（1）E；F；（2）如图所示；（3）如图所示；（4）1.3

点评 本题考查了欧姆定律的应用、实验器材的选择、实验注意事项、求功率等问题，当电压表内阻远大于待测电阻阻值时，电流表应采用外接法，要掌握实验器材的选择原则，难度适中．