Question

12．有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线，有下列器材供选用：
A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）       B．电压表（0～10V，内阻20kΩ）
C．电流表（0～0.3A，内阻1Ω）       D．电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）
E．滑动变阻器（5Ω，1A）            F．滑动变阻器（500Ω，0.2A）
（1）实验中电压表应选用A，电流表应选用D，为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用E（用序号字母表示）．
（2）请在图1方框内画出满足实验要求的电路图，并把由图2中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．

（3）图3中的曲线是某次实验中同学根据实验数据作出的小灯泡的U-I图象，根据图象可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）仪表的选择应本着安全准确的原则；电压表要测量灯泡两端的电压，故应通过灯泡的额定电压值判断需要的电压表；由流过灯泡的电流判断需要的电流表；由题意判断需要的滑动变阻器；
（2）根据滑动变阻器分压及限流接法的不同作用，结合题意选择滑动变阻器的接法；由电流表、电压表与灯泡内阻间的大小关系确定电流表的接法．
（3）根据I-U图象的性质可明确电阻随电流的变化规律．

解答 解：（1）因灯泡的额定电压为4V，为保证安全选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确；故只能选用0～5V的电压表，故选A；
由P=UI得，灯泡的额定电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2W}{4V}$=0.5A；故电流表应选择0～0.6A的量程，故选D；
而由题意要求可知，电压从零开始变化，并要多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E；
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求得：灯泡内阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（4V）^{2}}{2W}$=8Ω；则$\frac{{R}_{V}}{R}$=$\frac{10000Ω}{8Ω}$=1250；$\frac{R}{{R}_{A}}$=$\frac{8Ω}{0.4Ω}$=20； $\frac{{R}_{V}}{R}$＞$\frac{R}{{R}_{A}}$，应采用电流表外接法；
而由以上分析知，滑动变阻器应选择分压接法；实验电路图如图所示，根据实验电路图连接实物电路图，如图所示．
（3）I-U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，图象的斜率越来越小，则说明电阻随电流的增大而增大；
故答案为：（1）A；D；E；（2）如图所示；（3）增大．

点评 本题考查了实验器材的选择、实验电路设计、连接实物电路图等问题，要掌握实验器材的选取原则，确定滑动变阻器与电流表的接法是正确设计实验电路图的关键．