Question

【題目】某同學研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8V，額定電流0.32A）；電壓表V（量程3V，內阻3kΩ）；電流表A（量程0.5A，內阻0.5Ω）；固定電阻R0（阻值1000Ω）；滑動變阻器R（阻值0~9.0Ω）；電源E（電動勢5V，內阻不計）；開關S；導線若干。

⑴實驗要求能夠實現在0~3.8V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖________。

⑵實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻________（填“增大”“不變”或“減小”），燈絲的電阻率________（填“增大”“不變”或“減小”）。

⑶用另一電源E0（電動勢4V，內阻1.00Ω）和題給器材連接成圖（b）所示的電路，調節滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S，在R的變化范圍內，小燈泡的最小功率為________W，最大功率為________W。（結果均保留2位小數）

Answer 1

【答案】 （1）； （2）增大； 增大； （3）0.39； 1.17；

【解析】（1）要求能夠實現在0~3.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，故滑動變阻器用分壓式接法，小燈泡為小電阻，電流表用外接法，如答案圖所示；

（2）由I–U圖象知，切線的斜率在減小，故燈泡的電阻隨電流的增大而增大，再由電阻定律知，電阻率增大；

（3）當滑動變阻器的阻值為9 Ω時，電路電流最小，燈泡實際功率最小，此時E=U+I（r+R）得U=–10I+4，在圖中作出該直線如左圖所示，交點坐標約為U=1.75 V，I=225 mA，P1=UI=0.39 W；整理得： ，當直線的斜率最大時，與燈泡的I–U曲線的交點坐標最大，即燈泡消耗的功率最大。當滑動變阻器電阻值R=0時，燈泡消耗的功率最大，此時交點坐標為U=3.67 V，I=0.32 A，如右圖所示，最大的功率為P2=UI=1.17 W。