Question

某高三物理实验小组要描绘一只小灯泡L（3.8V  0.3A）完整的伏安特性曲线，实验室除导线和开关外，还有以下器材可供选择：

A.电源E₁（电动势为8V，内阻约为0.5Ω）

B.电源E₂（电动势为3V，内阻约为0.2Ω）

C.电压表V（量程为4V，内阻约为5000Ω）

D.电流表G（量程为10mA，内阻为58.0Ω）

E.电阻箱R（最大阻值为99.99Ω）

F.定值电阻R₀=12Ω

G.滑动变阻器R₁（阻值不清，额定电流为1.5A）

H.滑动变阻器R₂（阻值不清，额定电流为1.5A）

(1)本实验中考虑要采用分压电路，因两个滑动变阻器铭牌上标注的电阻值看不清楚，组内同学对滑动变阻器的选择展开讨论。甲同学提出：先用电源E₂、小灯泡、电压表和滑动变阻器组成如图甲所示电路，分别接入滑动变阻器R₁和R₂，移动滑动变阻器滑动触头调整小灯泡的两端电压，获得电压表示数U随aP间距离x的变化图线。按甲同学的意见，实验得到的U-x图线如图乙所示，则说明图线R₂的总阻值____________（填“大于”“小于”或“等于”）R₁的总阻值，为方便调节应选用滑动变阻器____________（填“R₁”或“R₂”）。

(2)实验小组正确选择滑动变阻器后，为了完整描绘小灯泡的伏安特性曲线，根据题给器材设计了如图丙所示的电路。乙同学提出电源E₁的电动势与小灯泡的额定电压差距较大，为了调节方便，同时考虑到实验过程的安全性，建议在设计的电路中加入定值电阻R₀，在图丙的A、B、C三个位置中，你认为更合理的是____________位置。

(3)电阻箱R的阻值调整为2Ω，闭合开关S，移动滑动变阻器滑动触头P，记录小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，并标注在如图丁所示的坐标系中。请你把电压表示数1.5V，电流表示数6.65mA对应的数据点标在该坐标系中，并画出小灯泡的伏安特性曲线________。

(4)实验室有一个欧姆表，已知内部电源电动势为3V，刻度盘中间刻度为12Ω，若用此欧姆表按正确操作测定小灯泡的电阻，欧姆表示数约为____________Ω（保留两位有效数字）。

Answer

小于 R2 C 6. 3（6. 0～6.6）

【解析】

（1）[1]在甲图中，小灯泡和Pa间的电阻并联，再与Pb间电阻串联，如果滑动变阻器阻值很大，当x开始逐渐增大时，小灯泡和Pa间的并联电阻，远小于Pb间电阻，根据串联电路正比分压，并联部分的电压较小，且增大较慢。由图可知，R2的总阻值小于R1的总阻值；

[2]滑动变阻器总阻值不管多大，调节电压的范围是一样的。选择总阻值较小的滑动变阻器，滑动触头移动同样的距离，电压变化比较明显。为调节方便，分压电路中滑动变阻器应选用总阻值较小的。即滑动变阻器应选用R2；

（2）[3]定值电阻接到C的位置，既起到分压作用，又使得电压表和电流表的示数分别是小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流。如果选择A位置，则电压表的示数是小灯泡和定值电阻的电压和，数据处理不方便；如果选择B位置，由于滑动变阻器总阻值较小，可能小灯泡的电压变化范围会变小很多变小，无法满足小灯泡的电压要求；

（3）[4] 电流表示数为6.65mA时，设电阻箱的电流为I1，有：

即：

6.65×58.0=2×I1，

得：

I1=192.85mA，

设流过电压表的电流为I2，则

，

所以流过小灯泡的电流I为：

，

画出小灯泡的伏安特性曲线，如图所示：

（4）[5]将欧姆表看做一个电源，电动势为3V，内阻为12Ω，在小灯泡的伏安特性曲线中做出该等效电源的路端电压和电流图线，与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标约为（1.1V，0.17A），此时小灯泡的阻值约为：

，

所以欧姆表的时数约为6.5Ω。