Question

3．要測繪一個標有“6V 2.5W”小燈泡的伏安特性曲線，要求多次測量盡可能減小實驗誤差，備有下列器材：
A．直流電源（6V，內阻未知）
B．電流表G（滿偏電流3mA，內阻Rg=10Ω）
C．電流表A（0-0.6A，內阻未知）
D．滑動變阻器R（0-20Ω，5A）
E．滑動變阻器R?（0-200Ω，1A）
F．定值電阻R₀（阻值1990Ω）
G．開關與導線若干
（1）由于所給實驗器材缺少電壓表，某同學直接把電流表G作為電壓表使用測出小燈泡兩端電壓，再用電流表A測出通過小燈泡的電流，從而畫出小燈泡的伏安特性曲線．該方案實際上不可行，其最主要的原因是電流表G分壓較小，導致電流表A指針偏轉很小，誤差較大；
（2）為完成本實驗，滑動變阻器應選擇D（填器材前的序號）；
（3）請完成本實驗的實物電路圖（圖1）的連線．

（4）如圖2所示為該種燈泡的U-I圖象，現將兩個這種小燈泡L₁、L₂與一個阻值為5Ω的定值電阻R連成如圖3所示電路，電源的電動勢為E=6V，電鍵S閉合后，小燈泡L₁與定值電阻R的電功率均為P，則P=0.20 W，電源的內阻r=2.5Ω．

Answer 1

分析 （1）根據兩電表的量程可以確定方案是否可行；
（2）明確電路結構，從而確定滑動變阻器的使用；
（3）根據燈泡電阻大小選擇電流表內外接法，否則應用內接法，則可得出對應的實物圖；
（4）小燈泡L₁與定值電阻R的電功率均為P，可知此時燈泡L₁的電阻，通過電阻在圖象中得出電流、電壓，從而得出功率P的大小．而燈泡L₂的電流是L₁電流的2倍，根據L₂的電流，通過圖線得出此時的電壓，再根據閉合電路歐姆定律求出電源的內阻．

解答 解：（1）電流表G測量電壓范圍太小，導致電流表A指針偏轉很小，誤差較大；
（2）本實驗只能采用分壓接法，因此滑動變阻器應選擇總阻值較小的D；
（3）由于滿足燈泡電阻更接近電流表內阻，所以電流表應用外接法，由于伏安特性曲線中的電壓和電流均要從零開始測量，所以變阻器應采用分壓式，如圖所示：
（4）由圖3所示電路圖可知，小燈泡L₁與定值電阻R并聯，它們兩端電壓相等，它們的電功率均為P，由P=UI可知，通過它們的電流相等，它們的電阻相等，即此時燈泡電阻為5Ω，由圖2所示圖象可知，燈泡兩端電壓為1V時通過燈泡的電流為0.2A，此時燈泡電阻為5Ω，則功率P=UI=1×0.2=0.2W；
由電路圖可知，L₂串聯在干路中，通過L₂的電流為I=0.2+0.2=0.4A，由圖3所示圖象可知，電流0.4A所對應的電壓為4V，由閉合電路歐姆定律可知，電源內阻為：r=$\frac{6-1-4}{0.4}$=2.5Ω．
故答案為：（1）電流表G分壓較小，導致電流表A指針偏轉很小，誤差較大；（2）D；（3）實物圖連線如圖；（4）0.20；2.5．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗器材的選擇、求功率；第（4）小題是本題的難點，分析清楚電路結構、根據電路結構及串聯電路特點求出燈泡兩端電壓，由圖象求出通過燈泡的電流是正確解題的關鍵．