Question

13．某實(shí)驗(yàn)小組描繪標(biāo)有“3V  1.5W”字樣的小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)室除了導(dǎo)線，開關(guān)．電源（電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻不計(jì)），電壓表（0～3V，內(nèi)阻約為2kΩ）和待測(cè)小燈泡外，還有如下實(shí)驗(yàn)器材供選擇：

A．電流表（0～0.6A、內(nèi)阻為1Ω ）   B．電流表（0～3A、內(nèi)阻為0.2Ω）
C．滑動(dòng)變阻器（0～100Ω）         D．滑動(dòng)變阻器（0～20Ω）
（1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，電流表應(yīng)選A，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D（填器材前面的字母代號(hào)）該小組利用所選用的實(shí)驗(yàn)器材描繪了小燈泡的伏安特性曲線，如圖甲所示，則該小燈泡的阻值隨兩端電壓的升高而增大（選填“增大”、“減小”或“”不變）．
（2）請(qǐng)將圖乙中的實(shí)物圖連接完整．
（3）實(shí)驗(yàn)完畢該小組立刻粗測(cè)小燈泡的電阻，應(yīng)選擇多用電表×1（選填“×1”“×10”或“×100”）倍率的電阻擋．調(diào)零后，測(cè)量示數(shù)如圖丙，結(jié)果為7.5Ω．
（4）如果該小組在進(jìn)行操作時(shí)，誤將a、b間的導(dǎo)線接在在a、c間，在閉合開關(guān)后，無(wú)論小勇如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，小燈泡始終發(fā)光，則小燈泡在該過(guò)程中所消耗的電功率的最小值為0.32W．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電表的量程以及燈泡的額定電流可確定電流表，根據(jù)電路的接法可確定滑動(dòng)變阻器；
（2）根據(jù)燈泡內(nèi)阻與電表內(nèi)阻間的關(guān)系可確定電流表接法，從而確定電路圖；
（3）根據(jù)圖象估計(jì)燈泡內(nèi)阻，再根據(jù)多用電表的使用方法可確定所選檔位；
（4）在對(duì)應(yīng)圖象中作出等效電源的圖象，兩圖的交點(diǎn)為燈泡的工作點(diǎn)，再由P=UI可求得功率．

解答 解：（1）電表量程應(yīng)略大于電路中最大電值，燈泡的額定電流I=$\frac{1.5}{3}$=0.5A，故電流表選擇A；因本實(shí)驗(yàn)采用分壓式接法，故滑動(dòng)變阻器選D；根據(jù)U-I圖象可知，隨著燈泡兩端電壓的升高燈泡電阻增大；
（2）滑動(dòng)變阻器采用分壓接法；而由于燈泡內(nèi)阻較小，故燈泡采用電流表外接法；實(shí)物圖如圖所示；

（3）根據(jù)圖象可知燈泡的電阻約為幾歐，因此粗測(cè)燈泡的電阻時(shí)應(yīng)選擇多用電表的×1檔；由圖可知，讀數(shù)為7.5Ω；
（4）小燈泡獲最小功率時(shí)，電路的總電阻最大，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的兩段電阻絲并聯(lián)的總電阻為5Ω，把滑動(dòng)變阻器兩段電阻絲并聯(lián)后的總電阻和電流表內(nèi)阻當(dāng)成電源的內(nèi)阻，則短路電流I=$\frac{3}{5+1}$=0.5A，在U-I圖象中作出路端電壓與電路中電流的圖象，如圖所示，兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)為（0.34，0.94），所以小燈泡消耗的電功率最小值P=0.34×0.94=0.32W；
故答案為：（1）A； D； 增大；（2）如圖所示；（3）×1； 7.5Ω； 0.32．

點(diǎn)評(píng) 本題考查描繪燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)；解決本題的關(guān)鍵掌握滑動(dòng)變阻器分壓式和限流式的區(qū)別，電流表內(nèi)外接的區(qū)別，掌握應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過(guò)作圖求解燈泡實(shí)際的電流和功率．