Question

16．某科技興趣小組的同學在實驗室發現有個有趣的元件（如圖甲所示），透明玻璃殼內有一個標有“6V 3.6W”字樣的小燈泡L（阻值不變）和一個由一種半導體材料制成的導體R₀，A、B、C是其外露的三個接線柱，為進一步了解導體R₀的某些特征，他們使用了如圖乙所示電源電壓恒為6V的實驗裝置，把導線M、N分別與A，C接線柱相連，閉合開關S，移動滑動變阻器的滑片P，測得了一組電流表和電壓表的讀數，并繪制成圖丙所示曲線．

（1）由圖可知半導體材料制成的導體R₀的阻值隨著電壓的增大而減小（選填“增大”、“減小”或“不變”）
（2）小燈泡L正常工作時的電流是多少？
（3）小科同學在原來連線的基礎上，再用導線連接A、B兩個接線柱，閉合開關S，把滑片P移到a端，此時電流表的示數是多少安培？
（4）若把導線M、N分別接到A、B接線柱上，閉合開關S，把滑片P移到a端，則小燈泡消耗的電功率為多少？

Answer 1

分析 （1）從圖丙中讀出幾組電流和對應的電壓值，根據歐姆定律求出R₀的阻值，然后得出結論；
（2）燈泡L正常發光時的功率和額定功率相等，根據P=UI求出小燈泡L正常工作時的電流；
（3）在原來連線的基礎上，再用導線連接A、B兩個接線柱，閉合開關S，把滑片P移到a端，R₀與L并聯，電流表測干路電流，根據并聯電路的電壓特點可知它們兩端的電壓，根據圖象可知通過R₀的電流為0.6A，根據并聯電路的電流特點求出電流表的示數；
（4）根據歐姆定律求出燈泡的電阻，把導線M、N分別接到A、B接線柱上，閉合開關S，把滑片P移到a端時，R₀與L串聯，根據串聯電路的特點表示出電源的電壓，從圖丙符合題意的電流和電壓，根據P=I²R求出此時小燈功率．

解答 解：
（1）由圖丙可知，當R₀兩端的電壓為4V、5V、6V時，通過的電流為0.2A、0.3A、0.6A，
由R=$\frac{U}{I}$可得，R₀的阻值依次為20Ω、16.7Ω、10Ω，
據此可知，半導體材料制成的導體R₀的阻值隨著電壓的增大而減小；
（2）由P=UI可得，小燈泡L正常工作時的電流：
I_L=$\frac{P_L}{U_L}$=$\frac{3.6W}{6V}$=0.6A；
（3）在原來連線的基礎上，再用導線連接A、B兩個接線柱，閉合開關S，把滑片P移到a端，R₀與L并聯，電流表測干路中的電流，如圖所示：

因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，燈泡和R₀兩端的電壓均為6V，通過R₀的電流為0.6A，通過L的電流為0.6A，
因并聯電路中干路電流等于各支路電流之和，
所以，此時電流表的示數：
I=I_L+I₀=0.6A+0.6A=1.2A；
（4）燈泡的電阻（阻值不變）：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω；
把導線M、N分別接到A、B接線柱上，閉合開關S，把滑片P移到a端時，R₀與L串聯，如下圖所示：

因串聯電路中各處的電流相等，且總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓：U=I′R_L+U₀，即6V=I′×10Ω+U₀，
由圖丙可知，當U₀=4V時，I′=0.2A符合，
則此時小燈泡消耗的電功率：P_L′=（I′）²R_L=（0.2A）²×10Ω=0.4W．
答：（1）減小；
（2）小燈泡L正常工作時的電流是0.6A；
（3）此時電流表的示數是1.2A；
（4）小燈泡消耗的電功率為0.4W．

點評 本題考查了歐姆定律、電功率公式、串并聯電路的特點的應用，從圖象中獲取有用的信息是關鍵，有一定的難度．