Question

5．为了探究额定电压为6V，额定功率为9W的小灯泡消耗的功率与电压的关系，提供了如下的实验器材：
A．电压表V₁（0～2V，内阻2kΩ）
B．电压表V₂（0～15V，内阻15kΩ）
C．电流表A（0～2A，内阻约1Ω）
D．定值电阻R₁=4kΩ
E．定值电阻R₂=16kΩ
F．滑动变阻器R（0-15Ω，2A）
G．学生电源（直流9V，内阻不计）
H．开关、导线若干

（1）为了减小实验误差，电压表应选用A，定值电阻应选用D（均用序号字母填写）；
（2）在探究功率与电压的关系时，要求电压从零开始调节，并且多次测量，在图1中画出满足要求的电路图；
（3）根据设计的电路图，写出电压表读数U_V与小灯泡两端电压U的关系3U_V．若小灯泡的电功率为P，则关系图线可能正确的是D．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压选择电压表．
（2）根据题目要求确定滑动变阻器与电流表接法，然后作出实验电路图．
（3）根据电路图，应用串联电路特点分析答题，根据电功率公式分析答题．

解答 解：（1）灯泡额定电压是4V，两电压表量程分别是：2V、15V，2V量程太小，15V量程太大，为准确测量电压，应该用电压表V₁（0～2V，内阻2kΩ）与定值电阻R₁=4kΩ串联组成新电压表测电压，故电压表选A，定值电阻选D．
（2）电压从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡正常发光时的电阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{4}^{2}}{4}$=4Ω，电压表内阻为4kΩ，电流表内阻为1Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实验电路图如图所示．

（3）电压内阻与定值电阻阻值相等，流过它们的电流相等，则电压表两端电压是定值电阻两端电压的一半，
电压表读数U_V与小灯泡两端电压U的关系为：U=3U_V；
灯泡实际功率P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，由于灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，灯泡两端电压越大，灯泡实际功率约为，灯丝温度越高，灯泡电阻随灯泡两端电压增大而增大，则$\frac{1}{R}$随电压增大而减小，则灯泡实际功率P与U²的函数图象斜率随U²增大而减小，故D正确，故选D．
故答案为：（1）A；D；（2）电路图如图所示；（3）U=3U_V；D．

点评 本题考查灯泡的伏安特性曲线的描给方法；正确设计实验电路的关键是：确定滑动变阻器与电流表的接法，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法．