Question

【題目】某高三物理實驗小組要描繪一只小燈泡L（3.8V 0.3A）完整的伏安特性曲線，實驗室除導線和開關外，還有以下器材可供選擇：

A.電源E1（電動勢為8V，內(nèi)阻約為0.5Ω）

B.電源E2（電動勢為3V，內(nèi)阻約為0.2Ω）

C.電壓表V（量程為4V，內(nèi)阻約為5000Ω）

D.電流表G（量程為10mA，內(nèi)阻為58.0Ω）

E.電阻箱R（最大阻值為99.99Ω）

F.定值電阻R0=12Ω

G.滑動變阻器R1（阻值不清，額定電流為1.5A）

H.滑動變阻器R2（阻值不清，額定電流為1.5A）

(1)本實驗中考慮要采用分壓電路，因兩個滑動變阻器銘牌上標注的電阻值看不清楚，組內(nèi)同學對滑動變阻器的選擇展開討論。甲同學提出：先用電源E2、小燈泡、電壓表和滑動變阻器組成如圖甲所示電路，分別接入滑動變阻器R1和R2，移動滑動變阻器滑動觸頭調(diào)整小燈泡的兩端電壓，獲得電壓表示數(shù)U隨aP間距離x的變化圖線。按甲同學的意見，實驗得到的U-x圖線如圖乙所示，則說明圖線R2的總阻值____________（填“大于”“小于”或“等于”）R1的總阻值，為方便調(diào)節(jié)應選用滑動變阻器____________（填“R1”或“R2”）。

(2)實驗小組正確選擇滑動變阻器后，為了完整描繪小燈泡的伏安特性曲線，根據(jù)題給器材設計了如圖丙所示的電路。乙同學提出電源E1的電動勢與小燈泡的額定電壓差距較大，為了調(diào)節(jié)方便，同時考慮到實驗過程的安全性，建議在設計的電路中加入定值電阻R0，在圖丙的A、B、C三個位置中，你認為更合理的是____________位置。

(3)電阻箱R的阻值調(diào)整為2Ω，閉合開關S，移動滑動變阻器滑動觸頭P，記錄小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流，并標注在如圖丁所示的坐標系中。請你把電壓表示數(shù)1.5V，電流表示數(shù)6.65mA對應的數(shù)據(jù)點標在該坐標系中，并畫出小燈泡的伏安特性曲線________。

(4)實驗室有一個歐姆表，已知內(nèi)部電源電動勢為3V，刻度盤中間刻度為12Ω，若用此歐姆表按正確操作測定小燈泡的電阻，歐姆表示數(shù)約為____________Ω（保留兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】小于 R2 C 6. 3（6. 0～6.6）

【解析】

（1）[1]在甲圖中，小燈泡和Pa間的電阻并聯(lián)，再與Pb間電阻串聯(lián)，如果滑動變阻器阻值很大，當x開始逐漸增大時，小燈泡和Pa間的并聯(lián)電阻，遠小于Pb間電阻，根據(jù)串聯(lián)電路正比分壓，并聯(lián)部分的電壓較小，且增大較慢。由圖可知，R2的總阻值小于R1的總阻值；

[2]滑動變阻器總阻值不管多大，調(diào)節(jié)電壓的范圍是一樣的。選擇總阻值較小的滑動變阻器，滑動觸頭移動同樣的距離，電壓變化比較明顯。為調(diào)節(jié)方便，分壓電路中滑動變阻器應選用總阻值較小的。即滑動變阻器應選用R2；

（2）[3]定值電阻接到C的位置，既起到分壓作用，又使得電壓表和電流表的示數(shù)分別是小燈泡兩端的電壓和流過小燈泡的電流。如果選擇A位置，則電壓表的示數(shù)是小燈泡和定值電阻的電壓和，數(shù)據(jù)處理不方便；如果選擇B位置，由于滑動變阻器總阻值較小，可能小燈泡的電壓變化范圍會變小很多變小，無法滿足小燈泡的電壓要求；

（3）[4] 電流表示數(shù)為6.65mA時，設電阻箱的電流為I1，有：

即：

6.65×58.0=2×I1，

得：

I1=192.85mA，

設流過電壓表的電流為I2，則

，

所以流過小燈泡的電流I為：

，

畫出小燈泡的伏安特性曲線，如圖所示：

（4）[5]將歐姆表看做一個電源，電動勢為3V，內(nèi)阻為12Ω，在小燈泡的伏安特性曲線中做出該等效電源的路端電壓和電流圖線，與小燈泡的伏安特性曲線的交點坐標約為（1.1V，0.17A），此時小燈泡的阻值約為：

，

所以歐姆表的時數(shù)約為6.5Ω。