Question

17．某物理學習小組中甲、乙兩同學分別做了以下實驗．
（1）甲同學用下列器材探究一個小燈泡（3V、1.5W）的電阻隨其兩端電壓的變化關系：
A．待測小燈泡（3V、1.5W）
B．電源（3V、內阻不計）
C．電流表（0～3A，內阻約0.1Ω）
D．電流表（0～600mA，內阻約0.5Ω）
E．電壓表（0～3V，內阻約3kΩ）
F．滑動變阻器（0～10Ω，1A）
G．滑動變阻器（0～1kΩ，300mA）
H．開關一個，導線若干
①實驗中電流表應選用D，滑動變阻器應選用F．（填器材前的字母）
②該同學描繪出小燈泡的伏安特性曲線，如圖甲所示，則小燈泡的電阻隨其兩端電壓的變化關系是電阻隨兩端電壓的增大而增大．

（2）乙同學用下列器材測定一電池組的電動勢和內電阻：
A．待測電池組（電動勢約3V，內阻約1Ω）
B．定值電阻（R₀=5Ω）
C．電阻箱R（0～99.9Ω）
D．電壓表（0～3V，內阻約5kΩ）
E．開關一個，導線若干
①請在圖乙所示虛線框內畫出實驗原理圖．
②該同學正確測量后通過描點得到圖丙所示的$\frac{1}{U}$-$\frac{1}{R}$圖象，則由此可知電源的電動勢為E=3.0V，內電阻為r=1.0Ω．（保留兩位有效數字）
（3）甲同學將小燈泡與乙同學實驗中的電池組、定值電阻組成閉合回路，則小燈泡的實際功率為0.33W（保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1）明確實驗原理，根據給出的儀器選擇正確的接法和儀表；并明確I-U圖象的性質；
（2）明確根據閉合電路歐姆定律測量電動勢和內電阻的實驗方法，并明確數據處理的方法；
（3）在I-U圖象中作出對應的電源的伏安特性曲線，兩圖象的交點為燈泡的工作點，從而可明確電壓和電流，由P=UI可求得實際功率．

解答 解：（1）①由圖可知，電流的最大值為0.5A，故電流表應選擇600mA，故選D；
因采用滑動變阻器分壓接法，故滑動變阻器選擇小電阻F；
②由圖可知，I-U圖象中的斜率減小，因I-U圖象中的斜率表示電阻的倒數，可知電阻隨電壓的增大而增大；
（2）①因沒有給出電流表，故應采用電壓表和電阻箱組合進行測量，同時因內阻較小，故應將定值電阻與電源相連充當等效電源；原理較如圖所示；

②根據閉合電路歐姆定律可知：U=$\frac{E}{R+{R}_{0}+r}$
變形得：$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$+$\frac{{R}_{0}+r}{E}$$•\frac{1}{R}$
則由圖象可知：$\frac{1}{E}$=$\frac{1}{3}$
解得E=3.0V；$\frac{r+{R}_{0}}{E}$=$\frac{\frac{1}{3}}{\frac{1}{6}}$=2
解得r=1.0Ω；
（3）在I-U圖象中作出等效電源的伏安特性曲線，如圖所示；由圖可知，燈泡的工作電壓為1.1V，電流為0.3A； 則功率P=UI=1.1×0.3=0.33W；

故答案為：（1）①D；F；②電阻隨電壓的增大而增大；
（2）①如圖所示；②3.0；1.0；
（3）0.33．

點評 本題考查測量電源的電動勢和內電阻、描繪燈泡的伏安特性曲線實驗，要注意明確圖線的性質，能根據圖象分析電阻的變化；同時掌握儀表的選擇等內容．