Question

12．在某次描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗中，所選用的實驗器材有：
A．小燈泡“2.5V，0.2A”
B．電流表0～0.6A～3A（內阻約1Ω）
C．電壓表0～3V～15V （內阻很大）
D．滑動變阻器“2A，10Ω”
E．電源（兩節干電池）
F．開關一個，導線若干

（1）在實驗時小杰同學采用了如圖1所示的實物電路，則具體實驗操作前該電路需改進的地方有電流表應采用外接法、電流表量程太大、滑片應置于左側．
（2）在改正電路需改進之處后，小杰同學進行了實驗，但在實驗中發現，無論怎樣調節滑動變阻器，都不能使小燈泡兩端電壓達到額定電壓2.5V，而是只能勉強達到1.80V，于是他猜想是否干電池太舊，總電動勢只能達到1.8V，為了驗證自己的猜想，他用以上器材進行了測該電源電動勢和內阻的實驗，電路圖如圖2，實驗數據如下：

U（V）	2.37	2.30	2.18	2.10	1.90	1.60	1.30
I（A）	0.11	0.14	0.18	0.21	0.29	0.42	0.56

①請在圖3的坐標紙上畫出U-I圖線，由圖線可得E=2.61V，電源內阻為r=2.60Ω．
②描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗中電壓只能達到1.8V的原因是否如小杰所猜測？否（填“是”或“否”）．由實驗數據得小燈泡兩端電壓為1.8V時電流為0.19A，試通過分析說明只能達到1.80V的原因：在小燈泡伏安特性實驗中，由于滑動變阻器采用分壓接法，使得外電阻與內電阻阻值接近，因而外電壓不可能接近電源的電動勢．

Answer 1

分析 ①根據燈泡內阻與電表內阻的關系確定電流表的接法；實驗時電表要選擇合適的量程；滑動變阻器采用分壓接法，閉合開關前，分壓電路分得的電壓應為零．
②應用描點法作圖作出電眼的U-I圖象；電源的U-I圖象與縱軸交點的坐標值是電源的電動勢，圖象斜率的絕對值是電源的內阻；根據實驗電路，應用歐姆定律分析答題．

解答 解：（1）小燈泡內阻很小，約為幾歐姆到十幾歐姆，而電壓表內阻很大，約為幾千歐姆定律到幾萬歐姆，燈泡電阻遠小于電壓表內阻，實驗時電流表應采用外接法而不是采用內接法；電源電動勢約為3V，燈泡電阻約為幾歐姆左右，電路最大電流不會超過0.6A，電流表應選0.6A量程而不是選擇3A量程；由圖甲所示可知，滑動變阻器采用分壓接法，閉合開關前，為保護電路，滑片應置于左端，不能放在右端．
（2）①根據表中實驗數據在坐標系內描出對應的點，然后作出圖象，電源的U-I圖象如圖所示；由圖象可知，圖象與縱軸的交點坐標值為2.61，則電源電動勢E=2.61V，電源內阻r=$\frac{△U}{△I}$=$\frac{2.61-1.30}{0.5}$≈2.60Ω；
②電源電動勢為2.61V，電壓表示數達不到2.5V，不是電源電動勢太小造成的；
燈泡兩端電壓為1.8V時，燈泡電阻R=$\frac{1.8}{0.19}$≈9.5Ω，
分壓支路小燈泡與電流表總內阻約為10歐姆，滑動變阻器最大阻值為10Ω，
則滑動變阻器與分壓支路并聯電阻約為5歐姆，U_分壓=IR_并=$\frac{E}{{R}_{并}+r}$R_并=$\frac{2.61×5}{5+2.6}$≈1.7V，所以電壓表示數不能達到1.80V；
故答案為：（1）電流表應采用外接法；電流表量程太大；滑片應置于左側；（2）①圖象如圖所示；2.61； 2.60；
②在小燈泡伏安特性實驗中，由于滑動變阻器采用分壓接法，使得外電阻與內電阻阻值接近，因而外電壓不可能接近電源的電動勢

點評 本題考查了實驗電路分析、求電源電動勢與內阻，應用圖象法處理實驗數據是常用的實驗數據的處理方法，要掌握描點法作圖的方法，要會根據電源的U-I圖象求出電源的電動勢與內阻．