Question

3．同学甲从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清．他想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=$\sqrt{PR}$=$\sqrt{0.75×2}$ V=1.23V．乙怀疑甲所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的U-I图线，进而分析灯泡的额定电压．
A．电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）        B．电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）
C．电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）   D．滑动变阻器R1（0～20Ω）
E．滑动变阻器R2（0～100Ω）        F．电源E（电动势4.0V，内阻不计）
G．开关S和导线若干                H．待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）
（1）在上面所给的虚线框（图甲）中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择A₂（填“A₁”或“A₂”）；滑动变阻器选择R₁（填“R1”或“R2”）．
（2）在实验过程中，乙同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中．

次数	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

请你根据表中实验数据在图乙中作出灯泡的U-I图线．

（3）由图象得出该灯泡的额定电压应为2.5V；这一结果大于1.23V，其原因是小灯泡的冷态电阻小于正常发光时的热态电阻．
（4）如果将这个小灯泡接到电动势为2.0V、内阻为4Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是0.25W．

Answer 1

分析 （1）关键是根据P=I²R，估算出小灯泡的额定电流，从而选出电流表的量程，根据U-I图象可知滑动变阻器应用分压式接法，根据小灯泡电阻值远小于电压表内阻，可知电流表应用外接法．
（2）根据描点法可得出对应的伏安特性曲线；
（3）明确灯泡电阻的特征：电阻随电压（温度）的升高而增大；能根据图象找出灯泡对应的额定值．
（4）在图中作出电源的伏安特性曲线，则两图象的交点为灯泡的工作点，则由图可知灯泡的电压和电流，则由P=UI可求得小灯泡消耗的功率．

解答 解：（1）根据P=I²R，估算灯泡的电流大约是600 mA，因此电流表应选A₂；本实验要描绘出灯泡的U-I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R₁；小灯泡电阻不大，电流表应外接；电路图如图所示；
（2）根据表中数据得出对应的伏安特性曲线，如图所示
（3）灯泡额定功率为0.75W，则由P=UI=0.75W，再结合图象可知在到额定功率时，电压为U_额=2.5 V；大于1.23 V的原因是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻．
（4）在图中作出电源的伏安特性曲线如图所示，两图象的交点为灯泡的工作点，则由图可知，灯泡的电流为220mA，电压为1.2V，故对应的功率P=UI=1.2×0.22=0.26W；
故答案为：
（1）电路原理图如图所示；A₂；R₁
（2）如图所示；
（3）2.5；灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻（或灯泡电阻随温度升高而变大
（4）0.26

点评 本题考查测量灯泡的伏安特性曲线的原理；要掌握实验器材的选取原则，熟记电流表内接法与外接法的选择方法，以及滑动变阻器分压式接法的条件即选择原则．