Question

13．在研究“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，提供有以下器材：
A．电压表V₁ （0～5V，内阻很大）   
B．电压表V₂（0～9V，内阻很大）
C．电流表A₁（0～50mA，内阻很小）  
D．电流表A₂（0～300mA，内阻很小）
E．滑动变阻器R₁（0～60Ω）         
F．滑动变阻器R₂（0～2kΩ）
G．直流电源E      
H．开关S及导线若干         
I．小灯泡（U_额=5V）
某组同学连接完电路后，闭合电键，将滑动变阻器滑片从一端移到另外一端．移动过程中发现小灯末曾烧坏，记录多组小灯两端电压U和通过小灯的电流I数据（包括滑片处于两个端点时U、I数据），根据记录的全部数据做出的U-I关系图象如图甲所示．
（1）根据实验结果判断得出实验中选用：电压表B（选填器材代号“A”或“B”），电流表D（选填器材代号“C”或“D”），滑动变阻器E（选填器材代号“E”或“F”）．
（2）根据实验结果在图乙虚线框内画出该组同学的实验电路图．
（3）根据图甲信息得出器材G中的直流电源电动势为8V，内阻为10Ω．
（4）将两个该型号小灯泡串联后直接与器材G中的直流电源E相连．则每个小灯消耗的实际功率为0.56W（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）根据图甲测量数据，选择电压表和电流表，根据滑动变阻器接法，选择滑动变阻器；
（2）根据图甲数据，判断滑动变阻器和电流表的接法，再作出实验电路图；
（3）根据图甲数据，以及滑动变阻器的最大阻值，利用闭合电路欧姆定律列式，求出直流电源电动势和内阻；
（4）在图甲中作出电源的U-I图象，交点即为小灯泡串联后的总电流和总电压，再计算每个小灯消耗的实际功率；

解答 解：（1）从图甲可知，记录的全部数据中小灯两端电压U最大为6V，因此电压表的量程需要选择15V，故电压表选B；通过小灯的电流I最大为：0.2A=200mA，故电流表的量程需要选择500mA，故电流表选D；电路采用滑动变阻器限流接法，为了便于实验操作，滑动变阻器应选小阻值的，
故滑动变阻器选E；
（2）从图甲可知，将滑动变阻器滑片从一端移到另外一端过程中电表的示数不是从0开始测量的，因此滑动变阻器采用的不是分压接法，而是限流接法；从图甲可知，小灯泡的电阻为10Ω～30Ω，阻值较小，因此电流表采用外接法，作出的实验电路图如右上图所示；
（3）从图甲可知，当滑动变阻器接入电阻为0时，小灯两端电压U₁最大为6V，通过小灯的电流I₁最大为0.2A，则此时小灯电阻R_L为30Ω，由闭合电路欧姆定律有：I₁=$\frac{E}{{R}_{L}+r}$
当滑动变阻器接入电阻为R₁=60Ω时，小灯两端电压U₂最小为1V，通过小灯的电流I₂最小为0.1A，则此时小灯电阻R_L为10Ω，
由闭合电路欧姆定律有：
I₂=$\frac{E}{{R}_{1}+{R}_{L}+r}$
解得：E=8V，r=10Ω；
（4）将两个该型号小灯泡串联后直接与器材G中的直流电源E相连，根据闭合电路欧姆定律有：E=2U+Ir，解得U=4-5I，作出此时的U-I图象如图所示

图中交点I=0.18A，U=3.1V，则通过每个灯泡的电流为0.18A，每个灯泡的电压为3.1V
故每个小灯消耗的实际功率P=0.18A×3.1V≈0.56W；
故答案为：（1）B，D，E；（2）如图所示；（3）8，10；（4）0.56．

点评 本题考查描绘小灯泡的伏安特性曲线实验电路图、器材的选择、闭合电路欧姆定律，解题的关键是掌握电流表、滑动变阻器的接法，结合图象利用欧姆定律进行求解．