Question

17．某同學(xué)要測(cè)繪標(biāo)有“3.8V，1.14W”的小燈泡的燈絲電流I隨其兩端電壓U變化的圖象．
除了導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，有以下一些器材可供選擇：
電流表：A₁（量程200mA，內(nèi)阻約2Ω）；A₂（量程0.4A，內(nèi)阻約0.3Ω）；
電壓表：V₁（量程4V，內(nèi)阻約5kΩ）；V₂（量程15V，內(nèi)阻約15kΩ）；
滑動(dòng)變阻器：R₁（阻值范圍0～10Ω）；R₂（阻值范圍0～2kΩ）；
電源：E₁（電動(dòng)勢(shì)為2V，內(nèi)阻約為0.2Ω）；E₂（電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻約為0.04Ω）．
①為了操作方便并盡可能減小測(cè)量誤差，在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選用電流表A₂，電壓表V₁，滑動(dòng)變阻器R₁，電源E₂（填器材的符號(hào)）；實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)采用圖1中的C（選填“ABCD”）．

②圖2是研究小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線．請(qǐng)根據(jù)在①問(wèn)中所選的電路圖，用鉛筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，補(bǔ)充完成圖2中實(shí)物間的連線．

③該同學(xué)閉合電鍵后通過(guò)改變滑片的位置描繪出了小燈泡的I-U圖線，如圖3所示．已知經(jīng)過(guò)圖線的B點(diǎn)做出切線恰經(jīng)過(guò)坐標(biāo)為（0，0.15）的點(diǎn)，試根據(jù)學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)結(jié)合圖線，求出小燈泡在工作點(diǎn)B時(shí)的電阻值為10Ω，此時(shí)燈泡的實(shí)際功率是0.63W．
④無(wú)論是利用圖1中的A還是B測(cè)量不同電壓下小燈泡的電阻，都存在系統(tǒng)誤差．關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，下列說(shuō)法正確的是A
A．電流表分壓導(dǎo)致測(cè)量的電阻偏大         B．電流表分壓導(dǎo)致測(cè)量的電阻偏小
C．電壓表分流導(dǎo)致測(cè)量的電阻偏大         D．電壓表分流導(dǎo)致測(cè)量的電阻偏小
⑤實(shí)驗(yàn)中隨著滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)，電源的路端電壓U及干電池的總功率會(huì)發(fā)生變化，圖4中的各示意圖中正確反映電池的總功率P-U關(guān)系的是C．

Answer 1

分析 ①根據(jù)燈泡的額定電壓、額定電流確定電壓表、電流表的量程，以及電源．根據(jù)燈泡的電阻大約值確定滑動(dòng)變阻器的量程．由于燈泡的電流電壓從零開(kāi)始測(cè)起，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，根據(jù)燈泡的電阻確定電流表的內(nèi)外接．
②根據(jù)電路圖作出實(shí)物連線圖．
③根據(jù)歐姆定律求出小燈泡的電阻，結(jié)合P=UI求出燈泡的實(shí)際功率．
④根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理，結(jié)合歐姆定律和串并聯(lián)電路的特點(diǎn)確定誤差．
⑤求出電源輸出功率表達(dá)式，確定正確的圖線．

解答 解：①由燈泡銘牌可知，燈泡額定電壓為3.8V，額定功率為1.14W，則電壓表要選擇V₁，電源選擇E₂，燈泡額定電流I=$\frac{P}{U}=\frac{1.14}{3.8}$=0.3A，則電流表選擇A₂，描繪燈泡I-U圖象，電壓與電流應(yīng)從零開(kāi)始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，為方便實(shí)驗(yàn)操作滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R₁．
描繪燈泡I-U圖象，電壓與電流應(yīng)從零開(kāi)始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R=$\frac{3.8}{0.3}Ω$≈12.67Ω，電流表內(nèi)阻約為0.3Ω，電壓表內(nèi)阻約為5kΩ，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻，電流表應(yīng)采用外接法，因此實(shí)驗(yàn)要選擇圖C所示電路．
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖C連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖所示：

③由圖3所示圖象可知，燈泡兩端電壓U=2.5V，通過(guò)燈泡的電流I=0.25A，此時(shí)燈泡電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5}{0.25}=10Ω$，燈泡功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
④由圖示電路圖可知，圖1中的A與B實(shí)驗(yàn)電路都采用電流表內(nèi)接法，由于電流表的分壓作用，所測(cè)電壓偏大，由歐姆定律可知，所測(cè)燈泡電阻測(cè)量值大于真實(shí)值，故選A．
⑤電壓表測(cè)量路端電壓，其示數(shù)隨滑動(dòng)變阻器的阻值增大而增大；而當(dāng)內(nèi)阻和外阻相等時(shí)，輸出功率最大；根據(jù)E=U_外+U_內(nèi)=IR+Ir知，此時(shí)輸出電壓為電動(dòng)勢(shì)的一半．外電路斷開(kāi)時(shí)，路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)輸出功率為零；功率隨路端電壓先增大后減小，故符合條件的圖象應(yīng)為C．
故答案為：①A₂、V₁、R₁、E₂、C ②如圖所示．
③10，0.63  ④A，⑤C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)電路的選擇、連接實(shí)物電路圖、求燈泡電阻與燈泡實(shí)際功率、實(shí)驗(yàn)誤差分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等問(wèn)題；要掌握實(shí)驗(yàn)器材的選擇原則，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)器材確定滑動(dòng)變阻器與電流表的接法是正確選擇實(shí)驗(yàn)電路、連接實(shí)物電路圖的關(guān)鍵，當(dāng)電壓與電流從零開(kāi)始變化時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法．