Question

（2009?上海模擬）如圖所示為某同學實驗得到的小燈泡燈絲電阻的U-I關(guān)系曲線圖．
（1）在左下框中畫出實驗電路圖（根據(jù)該電路圖可得到U-I關(guān)系的完整曲線），可用的器材有：電壓傳感器、電流傳感器、滑線變阻器（變化范圍0-50Ω）、電動勢為6V的電源（不計內(nèi)阻）、小燈泡、電鍵、導線若干．

（2）如果將該小燈泡分別接入甲、乙兩個不同電路，如圖所示，其中甲電路的電源為一節(jié)干電池，乙電路的電源為三節(jié)干電池，每節(jié)干電池的電動勢為1.5V，內(nèi)電阻為1.5Ω，定值電阻R=18Ω，則接入

甲

（選填“甲”或“乙”）電路時，小燈泡較亮些．
（3）在電路乙中，小燈泡消耗的電功率為

0.15

W．
（4）若將電路乙中的電阻R替換為另一個完全相同的小燈泡，其他條件不變，則此時電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為

0.26

W．

Answer 1

分析：測量小燈泡的伏安特性曲線，電流、電壓需從零開始測起，所以滑動變阻器需采用分壓式接法，無法判斷燈泡的內(nèi)阻與電流表、電壓表內(nèi)阻的關(guān)系，所以電流表采取內(nèi)接和外接都可以．
作出電動勢為1.5V，內(nèi)阻為2.0Ω的外電壓與電流關(guān)系圖線，與小燈泡伏安特性曲線的交點所對應的電壓和電流為小燈泡的實際電壓和電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的實際功率．

解答：解：（1）電流電壓需從零測起，所以滑動變阻器采用分壓器接法．（如圖）

（2）甲電路中，因電源電壓為1.5V，如這個電壓全加在燈泡上，則由燈泡燈絲電阻的U-I圖線可知燈泡的電流值0.25A，此時的燈泡阻值為：R_L=6Ω，而實際上，由于電池由內(nèi)阻，相當于一個1.5Ω的電阻與燈泡串聯(lián)，則燈泡兩端的電壓小于1.5V，由U-I圖線可知，燈泡的電阻值會小于6Ω，所以甲電路中的電流I_甲＞

U

R+r

=0.2A；乙電路中，因電源電壓為4.5V，如這個電壓全加在定值電阻和電池的內(nèi)阻上，則電路中的電流I₂=

U′

R+3r

=0.2A；而實際上，由于電池的內(nèi)阻、定值電阻和燈泡是串聯(lián)，電路中的總電阻值會變大，則乙電路中的實際電流I_乙會小于I₂；
由此分析可知，甲電路上燈泡中的電流會比乙電路上燈泡中的電流大，所以小燈泡較亮些．
（3）設(shè)電燈加上的實際電壓和實際電流分別為U和I． 在這個閉合電路中，有
    E=U+I（R+3r）
代入數(shù)據(jù)并整理得，U=4.5-22.5I
這是一個直線方程，把該直線在題U-I圖上畫出，如圖所示

這兩條曲線的交點為U=1V、I=0.15A，同時滿足了電路結(jié)構(gòu)和燈泡的要求，
燈泡的實際功率P=UI=1×0.15=0.15W
（4）若將電路乙中的電阻R替換為另一個完全相同的小燈泡，其他條件不變，
設(shè)每個電燈加上的實際電壓和實際電流分別為U和I． 在這個閉合電路中，有
    E=2U+3Ir
代入數(shù)據(jù)并整理得，U=2.25-2.25I
這是一個直線方程，把該直線在題U-I圖上畫出，如圖所示

這兩條曲線的交點I=0.24A，
電源內(nèi)部的發(fā)熱功率為P=I²?3r=0.26w
故答案為：（1）如圖，
（2）甲
（3）0.15
（4）0.26

點評：解決本題的關(guān)鍵掌握滑動變阻器分壓式和限流式接法的區(qū)別，本題的難點在于球燈泡的時間功率，因為燈泡的電流隨電壓的變化而變化，只能通過作圖法解決．