Question

9．有一个小灯泡上标有“4.8V  2W”字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U²的关系曲线．有下列器材可供选用：
A．电压表V₁（0～3V，内阻3kΩ）　　 B．电压表V₂（0～100V，内阻15kΩ）
C．电流表A（0～0.6A，内阻约1Ω）    D．定值电阻R₁=3kΩ
E．定值电阻R₂=15kΩ    F．滑动变阻器R（10Ω，2A）
G．学生电源（直流6V，内阻不计）
H．开关、导线若干
（1）为尽量减小实验误差，并要求小灯泡两端电压可从零到额定电压内任意变化，实验中所用电压表应选用A，定值电阻应选用D（均用序号字母填写）；
（2）请在如图1的方框内画出满足实验要求的电路图；
（3）利用上述实验电路图测出的电压表读数U_V与此时小灯泡两端电压U的定量关系是U_V=$\frac{1}{2}$U，如图2的四个图象中正确的是C．

Answer 1

分析 （1）已知灯泡的额定电压，则根据串联电路的规律可得出电压表，根据实验的要求可以确定定值电阻的选取；
（2）要求从零开始，则应采用分压接法，同时考虑灯泡内阻与电流表内阻的关系可以确定电流表的接法；
（3）由功率公式可得出功率与电压之间的关系，从而由数学知识可以得出正确的图象．

解答 解：（1）由题意可知，灯泡的额定电压为4.8V，而给出的电压表中有15V和3V两种，选用15V的电压则误差较大；而选用3V的电压表，则量程偏小，故可以串联一个电阻进行分压；由题意可知，选择3kΩ的电阻可以使量程扩大为2倍，故选用D即可；故可以选取3V的电压表和3kΩ的电阻串联充当电压表使用；
（2）因题目中要求多测几组数据进行作图，故实验中选用分压接法，并且将R₁与电压表串联充当电压表使用，电流表采用电流表外接法；
故原理图如右图所示；
（3）电压表V₁（0～3V．内阻3kΩ），定值电阻R₁=3kΩ；选取3V的电压表和3kΩ的电阻串联充当电压表使用，使量程扩大为2倍，
所以电压表读数U_V与此时小灯泡两端电压U的定量关系是U_V=$\frac{1}{2}$U．
由功率公式可得：P=$\frac{{U}^{2}}{R}$；若R为定值的话，则P与U²应为一次方程；但因为灯泡电阻随温度的变化而变化，故功率随温度不再是线性关系，而是随着电压的增大，而使功率减小，故P与U²图象应为C；
故答案为；（1）A，D；（2）如图所示；（3）U_V=$\frac{1}{2}$U，C．

点评 本题为探究型实验，应注意两个电压表均无法保证要求，故可以采用串联的方式可以对电表进行改装；此类题目近几年越来越多，故应注意把握．