Question

20．一个小灯泡的额定电压为2.0V．额定电流约为0.5A，选用下列实验器材进行实验，并利用实验数据描绘和研究小灯泡的伏安特性曲线．
A．电源E：电动势为3.0V，内阻不计；
B．电压表V₁：量程为0～3V，内阻约为1KΩ
C．电压表V₂：量程为0～15V，内阻约为4KΩ
D．电流表A₁：量程为0～3A，内阻约为0.1Ω；
E．电流表A₂：量程为0～0.6A，内阻约为0.6Ω；
F．滑动变阻器R₁：最大阻值为l0Ω，额定电流为0.6A；
G．滑动变阻器R₂：最大阻值为l5Ω，额定电流为1.0A；
H．滑动变阻器R₃：最大阻值为l50Ω，额定电流为1.0A；
I．开关S，导线若干．
实验得到如下数据（I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压）：

I/A	0.00	0.12	0.21	0.29	0.34	0.38	0.42	0.45	0.47	0.49	0.50
U/V	0.00	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80	2.00

（1）实验中电压表应选用B；电流表应选用E；滑动变阻器应选用G（请填写选项前对应的字母）．
（2）请你不要改动已连接导线，在下面的实物连接图1中把还需要连接的导线补上．
（3）在图2坐标中画出小灯泡的U-I曲线．并简述该图线不是直线的主要原因灯泡内阻随温度的增大而增大．
（4）若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5V、内阻是2.0Ω的电池两端，则小灯泡的实际功率约为0.28W（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压选择电压表，根据灯泡正常发光时的电流选择电流表，在保证安全的前提下，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的滑动变阻器．
（2）电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，根据灯泡电阻与电表内阻关系确定电流表接法，然后连接实物电路图；闭合开关前，分压电路分得的电压应为零．
（3）根据表中实验数据在坐标系中描出对应的点，然后作出U-I图象，明确内阻与温度间的关系，从而明确图象为曲线的原因；
（4）在同一坐标系中作出电池的U-I图象，两图象的交点坐标值是灯泡的电压与电流值，由P=UI求出灯泡的实际功率．

解答 解：（1）灯泡额定电压是2V，则电压表选B；灯泡额定电流为0.5A，则电流表选E；为方便实验操作同时为了实验安全，因灯泡额定电流为0.5A，则流过滑动变阻器的电流可能大于0.6A，故滑动变阻器应选G．
（2）灯泡正常发光时电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2}{0.5}$=4Ω，$\frac{R}{{R}_{A}}$=$\frac{4}{0.6}$≈6.67，$\frac{{R}_{V}}{R}$=$\frac{1000}{4}$=250，则电流表采用外接法，
由表中实验数据可知，电压与电流从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压接法，连接的实物图如图1所示；
（3）根据表中实验数据，在坐标系中描出对应的点，然后作出灯泡的U-I图象如图2所示．由于灯泡内阻随温度的升高而增大，故对应的伏安特性曲线不是直线；
（4）电源的电动势为1.5V，内阻为2Ω，则电流与路端电压的关系式为：U=E-Ir=1.5-2I
在上图中作出电流与路端电压的图线，如图3所示；交点坐标即为小灯泡的实际电压和电流，
故功率为：P=UI=0.82×0.34=0.28W．
故答案为：（1）B、E、G；（2）实物图如图1所示；（3）U-I图象如图2所示；灯泡内阻随温度的升高而增大（4）0.28W．

点评 本题关键要先画出小灯泡的伏安特性曲线和电源的路端电压与电流关系图线，注意灯泡电阻随温度的变化而变化，故只能根据图象分析，根据两图的交点得到电源的实际输出电压和电流，再计算电功率．