Question

19．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的规格为“3.8V   0.3A”，除了开关、导线外，还有如下器材：
电压表V：量程0～5V，内阻约5kΩ
电流表A₁：量程0～500mA，内阻约0.5Ω
电流表A₂：量程0～100mA，内阻约4Ω
滑动变阻器R₁：最大阻值10Ω，额定电流2.0A
滑动变阻器R₂：最大阻值100Ω，额定电流1.0A
直流电源E：电动势约6V，内阻约0.5Ω
（1）上述器材中，实验所选的电流表和滑动变阻器分别为A₁、R₁．（填器材符号）
（2）某同学已连接如图甲所示的电路，在闭合开关前，检查发现有一处不当之处，请指出并说明如何改正．开关闭合前，滑动触头应在左端．

（3）不当之处改正后，在电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零，闭合开关后，发现反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为c（用图中给出的导线符号表示）．
（4）通过实验得出了小灯泡的I-U图线如图乙，当小灯泡上所加的电压为额定电压的$\frac{1}{2}$时，小灯泡实际消耗的功率将大于（填“大于”、“等于”、“小于”）额定功率的$\frac{1}{4}$．
（5）如果把该小灯泡直接接在电动势是4V、内阻是8Ω的电源上组成闭合回路，则通过小灯泡的实际消耗的功率为0.45W．

Answer 1

分析 根据小灯泡的额定电流大小来选择电流表的量程；根据电路中要求电流从零调可知变阻器应采用分压式接法，应选择全电阻小的变阻器，因为全电阻越小线性就越好，越便于电流的调节．看清电路的连接情况，可以分别采用假设法，选择符合要求的即可．
在表示小灯泡的I-U图象中画出表示电源的I-U图象，读出两图线的交点坐标即可．

解答 解：（1）根据小灯泡规格“3.8V，0.3A”可知，电流表应选A₁；
由于测定小灯泡的伏安特性曲线实验要求电流从零调，所以变阻器应采用分压式接法，因为阻值小的变阻器便于调节，所以应选择变阻器R₁；
（2）实验开始时应使测量电路两端的电压为零，故滑片不应在B处，而应滑到A处，极最左端；
（3）由实物图可知，只有导线c断路，因为c断路后，变阻器变为限流式接法，所以电流表与电压表均不能调为零．
（4）根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，电压减小为一半时，小灯泡的温度低，电阻小，故其电功大于额定功率的$\frac{1}{4}$；
（5）电动势是4V、内阻是8Ω的电源，根据闭合电路欧姆定律，有：U=E-Ir=4-8I，即I=$\frac{1}{2}-\frac{1}{8}U$；
在小灯泡的I-U图象中画出表示电源的I-U图线，如图所示：
读出工作电压约为1.8V，工作电流约为0.25A，故电功率为：P=UI=1.8×0.25=0.45W；
故答案为：（1）A₁、R₁；（2）开关闭合前，滑动触头应在左端；（3）c；（4）大于；（5）0.45．

点评 应明确：1．要根据小灯泡的额定电流或额定电压来选择电流表或电压表的量程．
2．以下几种情况滑动变阻器必须采用分压式接法：①要求电流从零调或要求电路中电流调节范围足够大；②变阻器的全电阻远小于待测电阻；③若变阻器采用限流式接法求出电路中的最小电流扔大于电流表的量程．注意采用分压式接法时，应选择全电阻小的变阻器，以便于调节．
3．注意表示电源的I-U图象与表示导体电阻的I-U图象的区别．