Question

13．某实验小组描绘标有“3V  1.5W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，实验室除了导线，开关．电源（电动势为3V，内阻不计），电压表（0～3V，内阻约为2kΩ）和待测小灯泡外，还有如下实验器材供选择：

A．电流表（0～0.6A、内阻为1Ω ）   B．电流表（0～3A、内阻为0.2Ω）
C．滑动变阻器（0～100Ω）         D．滑动变阻器（0～20Ω）
（1）为了减小实验误差，电流表应选A，滑动变阻器应选D（填器材前面的字母代号）该小组利用所选用的实验器材描绘了小灯泡的伏安特性曲线，如图甲所示，则该小灯泡的阻值随两端电压的升高而增大（选填“增大”、“减小”或“”不变）．
（2）请将图乙中的实物图连接完整．
（3）实验完毕该小组立刻粗测小灯泡的电阻，应选择多用电表×1（选填“×1”“×10”或“×100”）倍率的电阻挡．调零后，测量示数如图丙，结果为7.5Ω．
（4）如果该小组在进行操作时，误将a、b间的导线接在在a、c间，在闭合开关后，无论小勇如何移动滑动变阻器的滑动触头，小灯泡始终发光，则小灯泡在该过程中所消耗的电功率的最小值为0.32W．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据电表的量程以及灯泡的额定电流可确定电流表，根据电路的接法可确定滑动变阻器；
（2）根据灯泡内阻与电表内阻间的关系可确定电流表接法，从而确定电路图；
（3）根据图象估计灯泡内阻，再根据多用电表的使用方法可确定所选档位；
（4）在对应图象中作出等效电源的图象，两图的交点为灯泡的工作点，再由P=UI可求得功率．

解答 解：（1）电表量程应略大于电路中最大电值，灯泡的额定电流I=$\frac{1.5}{3}$=0.5A，故电流表选择A；因本实验采用分压式接法，故滑动变阻器选D；根据U-I图象可知，随着灯泡两端电压的升高灯泡电阻增大；
（2）滑动变阻器采用分压接法；而由于灯泡内阻较小，故灯泡采用电流表外接法；实物图如图所示；

（3）根据图象可知灯泡的电阻约为几欧，因此粗测灯泡的电阻时应选择多用电表的×1档；由图可知，读数为7.5Ω；
（4）小灯泡获最小功率时，电路的总电阻最大，此时滑动变阻器的两段电阻丝并联的总电阻为5Ω，把滑动变阻器两段电阻丝并联后的总电阻和电流表内阻当成电源的内阻，则短路电流I=$\frac{3}{5+1}$=0.5A，在U-I图象中作出路端电压与电路中电流的图象，如图所示，两图线交点坐标为（0.34，0.94），所以小灯泡消耗的电功率最小值P=0.34×0.94=0.32W；
故答案为：（1）A； D； 增大；（2）如图所示；（3）×1； 7.5Ω； 0.32．

点评 本题考查描绘灯泡的伏安特性曲线的实验；解决本题的关键掌握滑动变阻器分压式和限流式的区别，电流表内外接的区别，掌握应用数学方法，通过作图求解灯泡实际的电流和功率．