Question

16．某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：
小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）
電壓表V（量程3V，內(nèi)阻3kΩ）
電流表A（量程0.5A，內(nèi)阻0.5Ω）
固定電阻R₀（阻值1000Ω）
滑動(dòng)變阻器R（阻值0～9.0Ω）
電源E（電動(dòng)勢(shì)5V，內(nèi)阻不計(jì)）
開(kāi)關(guān)S；導(dǎo)線若干．
（1）實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8V的范圍內(nèi)對(duì)小燈泡的電壓進(jìn)行測(cè)量，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖．
（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示．
由實(shí)驗(yàn)曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻增大（填“增大”“不變”或“減小”），燈絲的電阻率增大（填“增大”“不變”或“減小”）．
（3）用另一電源E₀（電動(dòng)勢(shì)4V，內(nèi)阻1.00Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路圖，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實(shí)際功率．閉合開(kāi)關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為0.41W，最大功率為1.17W．（結(jié)果均保留2位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中給出的儀器分析滑動(dòng)變阻器以及電流表接法；
（2）根據(jù)I-U圖象的性質(zhì)進(jìn)行分析，明確電阻隨電流變化的規(guī)律，從而明確電阻率的變化情況；
（3）分析滑動(dòng)變阻器接入電阻的變化，作出等效電源的伏安特性曲線，得出對(duì)應(yīng)的電流值和電壓值，從而明確燈泡功率的極值．

解答 解：（1）因本實(shí)驗(yàn)需要電流從零開(kāi)始調(diào)節(jié)，因此應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法；因電流表內(nèi)阻和燈泡內(nèi)阻接近，故電流表采用外接法；另外為了擴(kuò)大電壓表量程，應(yīng)用R₀和電壓表串聯(lián)，故原理圖如圖所示；

（2）I-U圖象中圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，由圖可知，圖象的斜率隨電壓的增大而減小，故說(shuō)明電阻隨電流的增大而增大；其原因是燈絲的電阻率隨著電流的增大而增大；
（3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值全部接入時(shí)，燈泡的功率最小，將R等效為電源內(nèi)阻，則電源電動(dòng)勢(shì)為4V，等效內(nèi)阻為10Ω；作出電源的伏安特性曲線如圖a中實(shí)線所示；由圖可知，燈泡電壓為U=1.8V，電流I=230mA=0.23A，則最小功率P=UI=1.8×0.23=0.41W；

當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電阻為零時(shí)，燈泡消耗的功率最大；此時(shí)電源的內(nèi)阻為1.0Ω，作出電源的伏安特性曲線如圖a中虛線所示；如圖a可知，此時(shí)電壓為3.65V，電流為320mA=0.32A；則可知最大功率Pmax=U'I'=3.65×0.32=1.17W．
故答案為：（1）如圖所示；（2）增大；增大；（3）0.41；1.17．

點(diǎn)評(píng) 本題考查燈泡伏安特性曲線的描繪實(shí)驗(yàn)，要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，知道實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)分析的基本方法，注意在分析功率時(shí)只能根據(jù)圖象進(jìn)行分析求解，不能利用歐姆定律進(jìn)行分析．