Question

9．物理興趣小組的同學們從實驗室中找到一只小燈泡，其標稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清．他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測出該燈泡的電阻約為2Ω，然后根據公式計算出該燈泡的額定電壓U=$\sqrt{PR}$=$\sqrt{0.75×2}$ V=1.22V．他們懷疑所得電壓值不準確，于是，再利用下面可供選擇的實驗器材設計一個電路，測量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據測量數據來繪制燈泡的U-I圖線，進而分析燈泡的額定電壓．
A．電壓表V（量程3V，內阻約3kΩ）
B．電流表A₁（量程150mA，內阻約2Ω）
C．電流表A₂（量程500mA，內阻約0.6Ω）
D．滑動變阻器R₁（0～20Ω）
E．滑動變阻器R₂（0～100Ω）
F．電源E（電動勢4.0V，內阻不計）
G．開關S和導線若干
H．待測燈泡L（額定功率0.75W，額定電壓未知）
（1）在如圖1所給的虛線框中畫出他們進行實驗的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇A₂（填“A₁”或“A₂”）；滑動變阻器選擇R₁（填“R₁”或“R₂”）．
（2）在實驗過程中，該同學將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當電壓達到1.23V時，發現燈泡亮度很暗，當達到2.70V時，發現燈泡已過亮，便立即斷開開關，并將所測數據記錄在下邊表格中．

次數	1	2	3	4	5	6	7
U/V	0.20	0.60	1.00	1.40	1.80	2.20	2.70
I/mA	80	155	195	227	255	279	310

請你根據表中實驗數據在如圖2中作出燈泡的U-I圖線．
（3）由圖象得出該燈泡的額定電壓應為2.5V；這一結果大于1.23V，其原因是燈泡電阻隨溫度升高而變大．

Answer 1

分析 關鍵是根據P=${I}_{\;}^{2}R$，估算出小燈泡的額定電流，從而選出電流表的量程，根據U-I圖象可知滑動變阻器應用分壓式接法；根據小燈泡電阻值遠小于電壓表內阻，可知電流表應用外接法．
根據描點法可得出對應的伏安特性曲線；不意用平滑的曲線進地擬合；
根據伏安特性曲線的性質可明確燈泡額定電壓與歐姆定律求得的電壓間的關系．

解答 解：（1）由P=${I}_{\;}^{2}R$可得，I=$\sqrt{\frac{P}{R}}$=0.61A，所以應選電流表${A}_{2}^{\;}$；由U-I圖象可知電流從零調，所以滑動變阻器應用分壓式接法，應選阻值小的變阻器${R}_{1}^{\;}$；
（2）根據表中數據采用描點法可得出對應的U-I圖象；
（3）根據U-I圖象讀出U=2.5V，I=300mA時，P=UI=0.75W，所以該燈泡額定電壓為U=2.5V，這一結果大于開始時的計算結果，說明燈泡的電阻隨溫度的升高而增大（或燈泡的冷態電阻小于正常工作是的電阻）．
故答案為：（1）${A}_{2}^{\;}$，${R}_{1}^{\;}$，（2）如圖所示；（3）2.5；燈泡的電阻隨溫度的升高而增大

點評 本題考查測量伏安特性曲線的性質；要求能熟記電流表內接法與外接法的選擇方法，以及滑動變阻器分壓式接法的條件即選擇原則；并能明確伏安特性曲線的應用．