熱點16　電學創(chuàng)新實驗
(建議用時：20分鐘)
1．某同學在實驗室測汽車電熱器的電功率，此電熱器額定電壓為12 V．實驗室備有下列器材．
A．輸出電壓為16 V的學生電源
B．量程為0～3 A的電流表，內阻約0.1 Ω
C．量程為0～0.6 A的電流表，內阻約0.5 Ω
D．量程為0～3 V的電壓表，內阻約3 kΩ
E．量程為0～15 V的電壓表，內阻約15 kΩ
F．0～10 Ω，額定電流為0.5 A的滑動變阻器
G．0～10 Ω，額定電流為2 A的滑動變阻器
H．導線，開關
該同學測量的數據記錄如下：

U/V   2.4   3.0   5.0   8.0   10.0   12.0
I/A   0.15   0.20   0.30   0.40   0.45   0.50
(1)該電熱器的阻值是否恒定不變？答：________(填“是”或“不是”)．
(2)合理選擇實驗器材：電流表選________，電壓表選________，滑動變阻器選________．(填器材前的字母)
(3)請在方框內畫出電路圖．

(4)電熱器的額定功率為________．(保留兩位有效數字)
2．實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1(阻值變化范圍0～20 Ω)、滑動變阻器R2(阻值變化范圍0～1 000 Ω)、電動勢適當的電源、小燈泡(4 V，2 W)、開關、導線若干．
(1)要完整地描繪小燈泡的U－I曲線，請在方框中畫出實驗電路圖，并標出所用滑動變阻器的符號．

(2)實驗中描繪出的小燈泡U－I曲線如圖甲所示，由圖可知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”)．

(3)如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內電阻，實驗電路如圖乙所示，圖中R0是阻值為9 Ω的保護電阻，實驗中測得多組數據并記錄在下表中，試在圖甲中畫出等效電源的U－I圖象，由圖象可求出電源自身內阻約為________Ω.
序號   1   2   3   4   5   6
U/V   4.00   3.40   2.80   2.00   1.50   0.80
I/A   0.20   0.25   0.33   0.40   0.46   0.52

(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯電路，如圖丙所示，此時小燈泡消耗的電功率約為________W.
3．太空探測器在探索宇宙過程中，由太陽能電池板給它提供能源．光明中學物理實驗室有一塊太陽能電池板，當有光照射它時(作為電源)，其路端電壓與總電流的關系圖象如圖甲中的曲線①所示；若沒有光照射它時，相當于一個只有電阻的電學器件，無電動勢．物理實驗探究小組用“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗方法，探究該太陽能電池板在沒有光照射時的伏安特性曲線，利用電壓表(內阻約3 kΩ)、電流表(內阻約100 Ω)測得的多組數據作出的圖象如圖甲中曲線②所示．

(1)分析曲線②可知，該電池板作為電阻器件時的阻值隨通過電流的增大而________(填“增大”或“減小”)，若所設計的電路如圖乙所示，實驗時應將圖乙中電壓表另一端a接在________點(填“b”或“c”)；
(2)圖乙電路中a端接好后還少接了一根導線，請在圖乙中畫出；
(3)分析曲線①可知，該電池板作為電源時的電動勢約為________V，若把它與阻值為1 kΩ的定值電阻連接構成一個閉合電路，在有光照射的情況下，該太陽能電池板的效率約為________%(計算結果保留兩位有效數字)．
4．在某些汽車的后擋風玻璃中會嵌入一組電阻絲，可通電加熱以化解霜凍．某物理興趣小組對其進行研究，如圖甲所示，是用伏安法測量其中一根電阻絲Rx阻值的實物連線圖．儀表規(guī)格如下表所示．
   量程   內阻
電流表A   0～0.6 A   等于0.20 Ω
電壓表V   0.3 V   約為1 kΩ

(1)將單刀雙擲開關S2置于位置b，閉合開關S1，電壓表和電流表指針如圖乙所示，則可讀數電壓表的示數U＝________V，電流表的示數I＝________A；計算得出電阻絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數字)．

(2)若將單刀雙擲開關置于位置a，則通過電阻絲的電流________(選填“大于”或“小于”)此時電流表的讀數．
(3)現有6根與Rx同型號的電阻絲和一個內阻為2.0 Ω的電源，為了達到最快的化霜效果，請選用幾根電阻絲，并用筆畫線代替導線，在圖丙中進行設計連接．
熱點16　電學創(chuàng)新實驗
1．解析：(1)由該同學記錄的數據可知，電熱器的阻值不是恒定不變的．
(2)因實驗中電熱器最大電壓為12 V，最大電流為0.5 A，故選擇量程為0～15 V的電壓表，量程為0～0.6 A的電流表；如果采用滑動變阻器的限流接法，則當滑動變阻器阻值調到最大時，電熱器上的電壓仍然會大于2.4 V，所以采用分壓式接法，由于電熱器的最大電流為0.5 A，采用分壓式時，滑動變阻器的一部分處在干路，故滑動變阻器能承受的最大電流必須大于0.5 A，故選滑動變阻器G.
(3)由于電熱器的電阻在20 Ω左右，200.5<15×10320，故采用電流表外接法，電路圖如圖所示．

(4)P＝UI＝12.0×0.5 W＝6.0 W.
答案：(1)不是　(2)C　E　G　(3)見解析圖
(4)6.0 W
2．解析：(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變壓器要采用分壓式接法，由于燈泡的阻值較小，電流傳感器應采用外接法，電路圖如圖所示．

(2)由題圖甲所示的燈泡的U－I圖象可知，隨電壓和電流的增大，燈泡的實際功率增大，燈絲溫度升高，電壓與電流的比值增大，由此可知，燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大．
(3)根據表中數據作出電源的U－I圖象如圖中直線所示，由圖示圖象可知，電源內阻r＝ΔUΔI－R0＝60.6 Ω－9 Ω＝1 Ω.

(4)由上圖可知，燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯電路時，燈泡兩端電壓約為2.1 V，電流約為0.39 A，燈泡的電功率為P＝UI≈2.1×0.39 W≈0.82 W.
答案：(1)圖見解析　(2)增大
(3)圖見解析　1　(4)0.82
3．解析：(1)由圖線②可知，無光照時太陽能電池板的阻值遠大于電流表內阻，所以采用電流表內接法，即a端接b點．
(2)描繪伏安特性曲線要求電壓從零開始調節(jié)，即滑動變阻器要采用分壓式接法，故應該將滑動變阻器右端與電源正極用導線相連，如圖1所示．
　
(3)太陽能電池板的電動勢由圖線①與縱軸的交點直接讀出，即2.75 V；在題圖甲中作1 kΩ 電阻的伏安特性曲線③如圖2所示，圖線③與圖線①的交點即電路的工作點，其坐標為(1.80，1.80)，電池板的效率η＝P出P總×100%＝IUIE×100%＝UE×100%＝1.802.75×100%≈65%.
答案：(1)減小　b　(2)如解析圖1所示
(3)2.75　65
4．解析：(1)如題圖乙所示，電流表選取的量程為0～0.6 A，故讀數為0.50 A；電壓表的量程為0～3 V，故讀數為1.60 V，當開關S2接b時，電流表內接，電阻Rx＝1.60 V0.50 A－RA＝3.20 Ω－0.20 Ω＝3.0 Ω.
(2)當開關S2接a時，電流表外接，由于電壓表分流，所以此時電流表讀數為流過電壓表電流與流過電阻絲電流之和，故通過電阻絲的電流小于電流表讀數．
(3)當外電路電阻和內電路電阻相等時，電源輸出功率最大，化霜最快，即外電路電阻需為2.0 Ω，如圖(a)、圖(b)所示．

答案：(1)1.60　0.50　3.0　(2)小于
(3)見解析

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