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3.8 V，額定電流0.32 A）；電壓表（量程3 V，內阻3 kΩ）；電流表（量程0.5 A，內阻0.5 Ω）；固定電阻R0（阻值1 000 Ω）；滑動變阻器R（阻值0~9.0 Ω）；電源E（電動勢5 V，內阻不計）；開關S；導線若干。

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

（2）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”）。

（3）用另一電源E0（電動勢4 V，內阻1.00 Ω）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）0.39w 1.17w

【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，如圖

；

（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9Ω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圖所以

，

交點坐標約為U=1.75V，I=225mA，P1=UI=0.39W；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=3.67V，I=0.32A，如圖所示，最大的功率為P2=UI=1.17W。