Question

20．某物理學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)過程中，用伏安法研究某種燈泡L₁（6V 2.5W）的伏安特性曲線，要求多次測量盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差，備有下列器材：
A．直流電源（6V，內(nèi)阻不知）
B．電流表G（滿偏電流3mA，內(nèi)阻R_g=10Ω）
C．電流表A（0-0.6A，內(nèi)阻未知）
D．電壓表V（0-15V）
E．滑動變阻器R（0-20Ω，5A）
F．滑動變阻器R′（0-200Ω，1A）
G．定值電阻R₀（阻值1990Ω）
H．開關(guān)與導(dǎo)線若干

（1）請根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選擇適當(dāng)?shù)钠鞑模篈BCEGH．
（2）請?jiān)趫D1中畫出符合題意的測量電路圖；
（3）如圖2（a）所示為該種燈泡的U-I圖象，現(xiàn)將兩個這種小燈泡L₁、L₂與一個阻值為5Ω的定值電阻R連成如圖2（b）所示的電路，電源的電動勢為E=6V，電鍵S閉合后，小燈泡L₁與定值電阻R的電功率均為P，則P=0.2W，電源的內(nèi)阻r=2.5Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，并能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以選擇對應(yīng)的儀表；
（2）在該實(shí)驗(yàn)中，滑動變阻器采用分壓接法，由于沒有電壓表，因此需要用已知內(nèi)阻的電流表G進(jìn)行改裝，由此可畫出原理圖．
（3）小燈泡L₁與定值電阻R的電功率均為P，可知此時燈泡L₁的電阻，通過電阻在圖象中得出電流、電壓，從而得出功率P的大小．而燈泡L₂的電流是L₁電流的2倍，根據(jù)L₂的電流，通過圖線得出此時的電壓，再根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電源的內(nèi)阻．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中必選的儀表有：電源A、H；描繪燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，故滑動變阻器選擇小電阻E；由題意可知，沒有電壓表，需要用已知內(nèi)阻的電流表G與定值電阻R₀串聯(lián)測電壓，故選擇BG；電流表采用C；
故需要的儀器有：ABCEGH；
（2）燈泡電阻R$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
電壓表內(nèi)阻為10+1990=2000Ω，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，
描繪燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流從零開始變化，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法；由題意可知，沒有電壓表，需要用已知內(nèi)阻的電流表G與定值電阻R₀串聯(lián)測電壓，燈泡電阻R$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{6}^{2}}{2.5}$=14.4Ω，
電壓表內(nèi)阻為10+1990=2000Ω，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，電路圖如圖所示：
（3）由圖2（b）所示電路圖可知，小燈泡L₁與定值電阻R并聯(lián)，它們兩端電壓相等，它們的電功率均為P，由P=UI可知，通過它們的電流相等，它們的電阻相等，即此時燈泡電阻為5Ω，由圖2（a）所示圖象可知，燈泡兩端電壓為1V時通過燈泡的電流為0.2A，此時燈泡電阻為5Ω，則功率P=UI=1×0.2=0.2W；
由電路圖可知，L₂串聯(lián)在干路中，通過L₂的電流I=0.2+0.2=0.4A，由圖2（b）所示圖象可知，電流0.4A所對應(yīng)的電壓為4V，由閉合電路歐姆定律可知，電源內(nèi)阻：r=$\frac{E-{U}_{外}}{I}$=$\frac{6-1-4}{0.4}$=2.5Ω．
故答案為：（1）ABCEGH   
（2）如圖所示    

（3）0.2，2.5

點(diǎn)評 本題考查了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、求功率；第（3）小桶是本題的難點(diǎn)，分析清楚電路結(jié)構(gòu)、根據(jù)電路結(jié)構(gòu)及串聯(lián)電路特點(diǎn)求出燈泡兩端電壓，由圖象求出通過燈泡的電流是正確解題的關(guān)鍵．