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第62講 實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線 [方法點撥]　(1)本實驗要求電壓必須從0開始變化，所以滑動變阻器要用分壓式接法．(2)儀器選擇要首先保證安全，其次是保證精確，再次是操作簡便，若選不到理想的儀器，其中幾個相比較，選較好的． 1．(2017北京海淀區(qū)模擬)某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們設(shè)計了描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗，待測小燈泡的額定電壓為3.8V．要求測量結(jié)果盡量精確，并繪制出小燈泡兩端電壓在0～3.8V范圍內(nèi)完整的伏安特性曲線． (1)若實驗室的電壓表、電流表和滑動變阻器都滿足實驗要求，則在如圖1所示的兩種實驗方案中，應(yīng)選擇____圖所示電路進行實驗．(選填“甲”或“乙”) 圖1 (2)若實驗中只提供了量程為3V，內(nèi)阻為3000Ω的電壓表V1，為了繪制完整的伏安特性曲線，需要將電壓表V1改裝成量程為4V的電壓表V2，則應(yīng)將電壓表V1________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個阻值為________Ω的定值電阻，才能實現(xiàn)改裝的要求． (3)小組的同學(xué)們正確描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖2所示，根據(jù)這個曲線，同學(xué)們對小燈泡的實際功率與其兩端的電壓的關(guān)系，或與通過其電流的關(guān)系，猜想出了如圖所示的關(guān)系圖像，其中可能正確的是______．(選填選項下面的字母序號) 圖2 (4)某同學(xué)將該小燈泡接在一個電動勢為3.0V、內(nèi)阻為5.0Ω的電源上，組成一個閉合電路，則此時該小燈泡的實際功率約為______W．(保留2位有效數(shù)字) 2．(2018四川成都模擬)某同學(xué)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，使用的器材如下： 待測小燈泡(2.5V,1.25W) 電源(電動勢3V，內(nèi)阻不計) 電流表(0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω；0～3A，內(nèi)阻約0.025Ω) 電壓表(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ；0～15V，內(nèi)阻約15kΩ) 單刀單擲開關(guān)及導(dǎo)線若干 (1)為了減小誤差，在本實驗中電流表應(yīng)選用0～____A量程；電壓表應(yīng)選用0～________V量程． (2)如圖3是本實驗器材的實物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，為了滿足實驗要求并盡可能減小誤差，請補充完成實物圖間的連線． 圖3 3．(2017安徽省十校聯(lián)考)為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，某同學(xué)設(shè)計了如圖4所示的實驗電路，已知小燈泡的規(guī)格為“12V,5W”． 圖4 (1)閉合開關(guān)前，應(yīng)將電路圖中的滑動變阻器的滑片移到________(填“a”或“b”)端．根據(jù)連接好的實物圖，調(diào)節(jié)滑動變阻器，記錄多組電壓表和電流表的讀數(shù)，作出的I－U圖線如圖5甲中實線所示，由圖線分析可知，小燈泡的電阻隨溫度的升高而________(填“增大”或“減小”)．若某次電流表的示數(shù)如圖乙所示，則此時小燈泡的功率為________W(保留兩位有效數(shù)字)． 圖5 (2)若I－U圖像中的虛線Ⅰ或Ⅱ表示小燈泡真實的伏安特性曲線，與實驗中得到的實線相比，虛線________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)才是其真實的伏安特性曲線． 4．某物理學(xué)習(xí)小組擬用下列器材研究小燈泡L兩端的電壓與通過它的電流的關(guān)系曲線． A．小燈泡L(4.0V,0.7A) B．電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻為0.2Ω) C．電壓表V(0～3V，內(nèi)阻為9kΩ) D．標(biāo)準電阻R1＝1Ω E．標(biāo)準電阻R2＝3kΩ F．滑動變阻器R(0～10Ω) G．學(xué)生電源(電動勢E＝6V，內(nèi)阻不計) H．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干 (1)為了準確描繪出小燈泡L較完整的U－I曲線，請在圖6甲虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖． 圖6 (2)該學(xué)習(xí)小組同學(xué)正確進行實驗操作，并處理實驗數(shù)據(jù)后，描點作圖得到了如圖乙所示的小燈泡L的U－I圖線．某次實驗中得到的電壓表示數(shù)如圖丙所示，電壓表示數(shù)為________V，此時小燈泡的電阻約為________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．由小燈泡L的U－I圖線可知小燈泡L的電阻隨電流I的增大而________(填“增大”“不變”或“減小”)． (3)若將此小燈泡L與定值電阻R0＝4Ω串聯(lián)后接在電動勢為4.0V、內(nèi)阻為1.0Ω的蓄電池組兩端，則小燈泡的實際功率約為________W(保留兩位有效數(shù)字)． 答案精析 1．(1)甲　(2)串聯(lián)　1000　(3)AB　(4)0.36～0.42 解析　(1)由于小燈泡兩端的電壓需要從0開始測量，故滑動變阻器需要采用分壓式接法，則題圖甲電路是正確的；(2)原電壓表的量程為3V，改裝后的電壓表的量程為4V，故1V的電壓差需要用一個電阻串聯(lián)分壓獲得，該電阻的阻值為1000Ω；(3)根據(jù)P＝可知，U2＝RP，即在U2－P圖像中，斜率為R，因為隨著電壓的增大，燈泡的電阻是增大的，故U2－P圖像的斜率也是增大的，故選項A正確，C錯誤；根據(jù)P＝I2R可知，I2＝P，即在I2－P圖像中，其斜率為，當(dāng)電阻增大時，其倒數(shù)減小，故I2－P圖像的斜率在變小，故選項B正確，D錯誤；(4)在同一坐標(biāo)系中，作出電源的I－U圖線，其與燈泡的伏安特性曲線的交點即為燈泡兩端的電壓和電流，故小燈泡的實際電功率為P＝2.00.19W＝0.38W. 2．(1)0.6　3　(2)如圖所示 解析　(1)根據(jù)小燈泡規(guī)格“2.5V,1.25W”可知，小燈泡的額定電壓U＝2.5V，額定電流I＝ ＝A＝0.5A，因此電流表應(yīng)選“0～0.6A”量程，電壓表應(yīng)選“0～3V”量程； (2)因為實驗要求小燈泡兩端電壓及通過小燈泡的電流從0開始變化，所以滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法；小燈泡阻值較小，電流表應(yīng)采用外接法，如圖所示． 3．(1)a　增大　2.4　(2)Ⅱ 解析　(1)開始時應(yīng)使測量電路兩端的電壓為零，故開關(guān)閉合前應(yīng)將滑動變阻器滑片移到a端；由題圖甲可知圖像的斜率越來越小，則說明電阻越來越大，小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大；由電流表示數(shù)可知，電流大小為0.40A，則由題圖I－U圖像可知，電壓為6.0V，故燈泡功率P＝UI＝60.4W＝2.4W； (2)由于電流表采用外接法，電壓表分流使電流表示數(shù)偏大，而電壓表示數(shù)是準確的，故Ⅱ為真實的圖像． 4．(1)見解析圖 (2)2.70　5.3(5.2也可)　增大　(3)0.79(0.75～0.83均可) 解析　(1)要準確描繪小燈泡的U－I曲線，小燈泡兩端電壓要從0開始調(diào)節(jié)，所以滑動變阻器采用分壓 接法；又因小燈泡的額定電壓為4.0V，額定電流為0.7A，而電壓表量程為3.0V，電流表量程為0.6A，所以要描繪完整曲線，必須把電壓表、電流表的量程擴大，由串并聯(lián)規(guī)律知，可將電壓表與標(biāo)準電阻R2＝3kΩ串聯(lián)改裝為量程為4V的電壓表，將電流表與標(biāo)準電阻R1＝1Ω并聯(lián)改裝成量程為0.72A的電流表；因改裝后的電壓表內(nèi)阻遠大于小燈泡電阻，所以電流表采用外接法，實驗電路如圖a. (2)由題圖丙電壓表指針位置可知此時電壓表示數(shù)為2.70V，則改裝電壓表兩端的電壓，即小燈泡兩端的電壓為U＝3.60V，由題圖乙知此時通過小燈泡的電流約為0.68A，由R＝得此時小燈泡L的電阻約為5.3Ω. (3)令小燈泡兩端電壓為U，通過的電流為I，由閉合電路歐姆定律知E0＝U＋I(R0＋r0)，即U＝4－5I，在題圖乙坐標(biāo)系中作圖線，如圖b所示，此時兩條圖線的交點坐標(biāo)為(0.45A,1.75V)，所以小燈泡此時的實際功率為P＝1.750.45W≈0.79W.