Question

某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 kΩ)；电流表 (量程0.5 A，内阻 0.5 Ω)；固定电阻R₀(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．

(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图_____．

(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．

图(a)　　　　　　　　　　　图(b)

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻　________(填“增大”、“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率　________(填“增大”、“不变”或“减小”)．

(3)用另一电源E₀(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为　________W，最大功率为　________W(结果均保留2位小数)

Answer

实验电路原理如图所示． 增大 增大 0.39 1.17

【解析】

(1)[1]小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示：

(2)[2][3]I-U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大．根据电阻定律：，得灯丝的电阻率增大．

(3)[4][5]当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值；当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示：

此时小灯泡功率有最小值．取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，小灯泡的最大功率：

P1＝U1I1≈1.17 W；

取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，

小灯泡的最小功率：

P2＝U2I2≈0.39W。