Question

5．有一个标有“12V 24W”的灯泡，为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率，需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：
A．直流电源（电动势15V，内阻可不计）
B．直流电流表（量程0～3A，内阻约1Ω）
C．直流电流表（量程0～1.6A，内阻约0.5Ω）
D．直流电压表（量程0～15V，内阻约15kΩ）
E．直流电压表（量程0～25V，内阻约200kΩ）
F．滑动变阻器（最大阻值10Ω、额定电流5A）
（1）实验台上已放置电源、开关、导线若干及灯泡，为了完成实验需要从上述器材中再选用一些器材，其中电流表选用B（选填“B”或“C”），电压表选用D（选填“D”或“E”）；
（2）在图1方框内画出最合理的实验原理图；
（3）若测得灯丝电阻R随灯泡两端电压U变化关系的图线如图2所示，由这条曲线可得出，正常发光条件下，灯丝消耗的电功率是23.6W（结果保留3位有效数字）；如果灯丝电阻与（t+273）的大小成正比，其中t为灯丝摄氏温度值，室温t=27℃．则正常发光时灯丝的温度1527℃（计算结果取整数）．

Answer 1

分析 （1）要描述小灯泡的伏安特性曲线，需要电流表测量电流、电压表测量电压、滑动变阻器改变电压、电源提供电压，从安全、精确、操作方便的角度分析；
（2）小灯泡电阻较小，采用安培表外接法；滑动变阻器采用分压式接法；
（3）由曲线找出在额定状态下灯泡电阻，由功率公式可求得灯实际消耗的功率；室温27摄氏度下电阻丝电阻等于不加电压时电阻，然后根据题意列式求解．

解答 解：（1）由题意可知，为了完成实验电源为必选；因灯泡的额定电压为12V，故为了安全准确电压表应选D中15V的量程；而灯泡中的额定电流为：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{24}{12}$=2A；故电流表应选B中3A的量程；
（2）测定灯泡在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由于电压表内阻远大于灯泡内阻，故电流表采用外接法，电路如图所示；

（3）由图示图象可知，当电压为12V时，电阻为6.2Ω，故功率为：P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{1{2}^{2}}{6.1}$≈23.6W；
（4）灯丝电阻与（t+273）的大小成正比，故R=k（t+273）；
由图象，室温下电阻丝不加电压时电阻，为1Ω，故k=$\frac{1}{300}$；
正常发光时电阻为：R_L=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{1{2}^{2}}{24}$=6Ω，
灯泡正常发光时的温度：t=$\frac{{R}_{L}}{k}$-273=$\frac{6}{\frac{1}{300}}$-273=1527C；
故答案为：（1）B、D；（2）23.6；（4）1527

点评 本题虽然是求功率，但事实是测量灯泡的伏安特性曲线，注意本实验中应采用分压接法，同时因灯泡内阻较小故电流表一般采用外接法．