Question

【題目】某同學研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A）；電壓表V（量程3 V，內阻3 kΩ）；電流表A（量程0.5 A，內阻0.5 Ω）；固定電阻R0（阻值1 000 Ω）；滑動變阻器R（阻值0~9.0 Ω）；電源E（電動勢5 V，內阻不計）；開關S；導線若干。

（1）實驗要求能夠實現在0~3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖__________。

（2）實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。

（3）用另一電源E0（電動勢4 V，內阻1.00 Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調節滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S，在R的變化范圍內，小燈泡的最小功率為_____W.（結果保留2位小數）

（4）某同學進行如下測量:用游標為20分度的卡尺測量其長度如圖，由圖可知其長度為L=______mm；

（5）用螺旋測微器測量其直徑如圖，由圖可知其直徑D=___________mm；

Answer 1

【答案】 0.39 50.15mm 4.700mm

【解析】

根據“研究小燈泡的伏安特性”可知，本題考查研究燈泡的伏安特性曲線實驗。

（1）根據“畫出實驗電路原理圖”可知，本題考查電路圖的畫法。根據“在0~3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量”可知，滑動變阻器需要采用分壓式接法；根據“小燈泡L（額定電壓3.8 V），電壓表V（量程3 V）”可知電壓表應進行改裝；根據題目“額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A”，結合歐姆定律可求得燈泡的電阻，根據“電壓表V（量程3 V，內阻3 kΩ），電流表A（量程0.5 A，內阻0.5 Ω）”以及燈泡的電阻，結合可知電流表需采用外接法。

（3）根據“小燈泡的最小功率”可知，本題考查燈泡功率的計算。根據“另一電源E0（電動勢4 V，內阻1.00 Ω）”以及圖（b）電路圖，結合閉合電路歐姆定律的知識可知，當滑動變阻器阻值最大時，燈泡的功率最小，列出公式，在圖像中畫出對應圖線，交點即為燈泡功率最小時對應的電流與電壓，結合即可求解燈泡的功率。

（4）根據“游標為20分度的卡尺”可知，本題考查游標卡尺的讀數。根據“20分度”可知游標卡尺的分度值，先讀主尺的刻度，再讀出游標尺的刻度，兩個讀數相加即為被測物體的長度。

（5）根據“螺旋測微器”可知，本題考查螺旋測微器的讀數，先確定其分度值，讀出固定刻度的讀數，再讀出可動刻度的讀數，兩個讀數相加即為被測物體的直徑。

（1）由于燈泡的電壓需從0開始測量，則滑動變阻器需采用分壓式接法；由于燈泡的額定電壓為3.8V，而電壓表的量程為，不滿足電壓的測量需求，故應將電壓表與定值電阻串聯，改裝成一個大量程的電壓表；由題目可知燈泡的電阻,又因為，故應將電流表外接；故電路圖如圖。

（3）由圖可知滑動變阻器與燈泡串聯，若滑動變阻器全部接入電路中，由可知，電阻最大，則電路中電流最小，則燈泡的電功率最小。故當時，可將滑動變阻器與電源內阻等效為一個內阻為，電動勢為的新電源，根據閉合電路歐姆定律可得，，在圖（a）中將該圖線畫出來，該圖線與燈泡的伏安特性曲線的交點為（），故燈泡的功率為。

（4）由題可知，該游標卡尺的分度值為，主尺刻度為5cm，游標尺第3條刻度線與主尺對齊，即讀數為，故長度為 。

（5）螺旋測微器的分度值為0.01mm，固定刻度讀數為4.5mm，可動刻度為，則其直徑為。