Question

20．在某次描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，所选用的实验器材有：
A：小灯泡“2.5V，0.2A”
B：电流表0-0.6A-3A（内阻约1Ω）
C：电压表0-3V-15V （内阻很大）
D：滑线变阻器“2A，10Ω”
E：电源（两节干电池）
F：开关一个，导线若干

（1）在实验时小杰同学采用了如图1所示的实物电路，则具体实验操作前该电路需改进的地方有电流表应采用外接法；电流表量程太大；滑片应置于左侧
（2）在改正电路需改进之处后，小杰同学进行了实验，但在实验中发现，无论怎样调节滑线变阻器，都不能使小灯泡两端电压达到2.5V额定电压，而是只能勉强达到1.80V，于是他猜想是否干电池太旧，总电动势只能达到1.8V，为了验证自己的猜想，他用以上器材进行了测该电源电动势和内阻的实验，电路图如图2，实验数据如下：

U（V）	2.37	2.30	2.18	2.10	1.90	1.60	1.30
I（A）	0.11	0.14	0.18	0.21	0.29	0.42	0.56

Ⅰ．请在如图3坐标纸上画出U-I图线，由图线可得E=2.61V，电源内阻为r=2.6Ω
Ⅱ．描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中电压只能达到1.8V的原因是否如小杰所猜测？由实验数据得小灯泡两端电压为1.8V时电流为0.19A，试通过分析说明只能达到1.80V的原因．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡内阻与电表内阻的关系确定电流表的接法；实验时电表要选择合适的量程；滑动变阻器采用分压接法，闭合开关前，分压电路分得的电压应为零．
（2）应用描点法作图作出电眼的U-I图象；电源的U-I图象与纵轴交点的坐标值是电源的电动势，图象斜率的绝对值是电源的内阻；根据实验电路，应用欧姆定律分析答题．

解答 解：（1）小灯泡内阻很小，约为几欧姆到十几欧姆，而电压表内阻很大，约为几千欧姆定律到几万欧姆，灯泡电阻远小于电压表内阻，实验时电流表应采用外接法而不是采用内接法；电源电动势约为3V，灯泡电阻约为几欧姆左右，电路最大电流不会超过0.6A，电流表应选0.6A量程而不是选择3A量程；由图甲所示可知，滑动变阻器采用分压接法，闭合开关前，为保护电路，滑片应置于左端，不能放在右端．
（2）Ⅰ、根据表中实验数据在坐标系内描出对应的点，然后作出图象，电源的U-I图象如图所示：
由图象可知，图象与纵轴的交点坐标值为你2.61，则电源电动势为：E=2.61V，电源内阻为：r=$\frac{△U}{△I}$=$\frac{2.61-1.30}{0.5}$≈2.6Ω；
Ⅱ、电源电动势为2.61V，电压表示数达不到2.5V，不是电源电动势太小造成的；灯泡两端电压为1.8V时，灯泡电阻为：R=$\frac{1.8V}{0.19A}$≈9.5Ω，
分压支路小灯泡与电流表总内阻约为10欧姆，滑动变阻器最大阻值为10Ω，
则滑动变阻器与分压支路并联电阻约为5欧姆，U_分压=IR_并=$\frac{E}{{R}_{并}+r}$R_并=$\frac{2.61×5}{5+2.6}$≈1.7V，所以电压表示数不能达到2.5V；
故答案为：（1）电流表应采用外接法；电流表量程太大；滑片应置于左侧；（2）Ⅰ、图象如图所示；2.61； 2.6；Ⅱ、电压只能到达1.8V的原因是电源灯泡的最大分压约为1.8V．

点评 本题考查了实验电路分析、求电源电动势与内阻，应用图象法处理实验数据是常用的实验数据的处理方法，要掌握描点法作图的方法，要会根据电源的U-I图象求出电源的电动势与内阻．