题目内容

8.自然课上王老师请同学们设计一个测出未知电阻Rx的电路,各组同学都提出了自己的设计方案,下面是其中两组同学的实验方案:
甲组:张晴小组设计方案
①器材:电压表、电流表、变阻器、开关、电源(电压未知)、未知电阻Rx、导线.
②电路图(如图甲)
乙组:赵亮小组设计方案
①器材:已知电阻R0、电流表、开关、电源(电压未知)、未知电阻Rx、导线.
②电路图(如图乙)
A、你认为两小组中哪组设计更优?甲组_,理由:甲组设计的电路可以方便的进行多次测量求平均值,减小误差;乙组设计的电路只能测量一次,测量误差较大.
B、今有M、N两灯上分别标有“6V,6W”和“6V,4W”的字样,用一个输出电压为12V的电源对两灯供电,请设计要使这两灯能同时正常发光的两种不同电路图,并说明哪一种更佳a,原因是节约能源,且使用过程中当一盏灯损坏时一般不会引起另一灯的损坏.

分析 (1)甲组因为有滑动变阻器,所以可以实现多次测量,从而多测几组数据,就可以求平均值以减小误差,而乙组只能测量一次,读数也可能会有较大的误差;
(2)两灯泡的额定电压相等,同时发光时可以采用额定电流较小灯泡与一个定值电阻并联后再与额定电流较大灯泡串联,也可以采用两灯泡并联后与一个定值电阻串联,根据并联电路的特点和欧姆定律求出接入电路中的电阻,根据P=UI求出两种情况下电路消耗的总功率,然后比较两者消耗的总功率的关系和一个灯泡损坏时另一灯泡是否会损坏得出答案.

解答 解:A、甲组:电路中串联了一个滑动变阻器,可以通过移动滑片尽可能使两表的示数为整数,这样便于读数,同时使用变阻器可以进行多次测量,从而可以求平均值减小误差;
乙组:只能测量一次,且有可能电流表的示数正好不在整数刻度上,这样就会出现读数误差,从而造成测量误差大;
B、(a)由P=UI可得,两灯泡的额定电流分别为:
IM=$\frac{{P}_{M}}{{U}_{M}}$=$\frac{6W}{6V}$=1A,IN=$\frac{{P}_{N}}{{U}_{N}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A,
因IM>IN,
所以,要使两灯泡正常发光,应让灯泡N与定值电阻R1并联后再与灯泡M串联,如图a所示:

此时LM两端的电压为6V,LN两端的电压为6V,且通过LM的电流为1A,通过LN的电流为$\frac{2}{3}$A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过R1的电流:
I1=IM-IN=1A-$\frac{2}{3}$A=$\frac{1}{3}$A,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由I=$\frac{U}{R}$可得,R1的阻值:
R1=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{6V}{\frac{1}{3}A}$=18Ω,即R1=18Ω时,两灯才能同时正常发光,
当M损坏时,电路断路,N不会损坏,
当N损坏时,并联部分电阻变大,R1两端的电压变大,M两端的电压变小,M不会损坏,
电路消耗的电功率P=UIM=12V×1A=12W;
(b)两灯泡并联后再与定值电阻R2串联,如图b所示:

两灯泡正常发光时,干路电流:
I=IM+IN=1A+$\frac{2}{3}$A=$\frac{5}{3}$A,
此时,并联部分的电压为6V,R2两端的电压为6V,
R2的阻值:
R2=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{6V}{\frac{5}{3}A}$=3.6Ω,
当M损坏时,并联部分电阻变大,N两端的电压变大,N会损坏,反之亦然,
电路消耗的总功率:
P=UI=12V×$\frac{5}{3}$A=20W.
综上可知,a设计可以节约能源,且使用过程中当一盏灯损坏时一般不会引起另一灯的损坏.
故答案为:
A、甲组;甲组设计的电路可以方便的进行多次测量求平均值,减小误差;乙组设计的电路只能测量一次,测量误差较大;
B、a;节约能源,且使用过程中当一盏灯损坏时一般不会引起另一灯的损坏.

点评 本题考查了实验方案的评价和电路图的设计,会正确的应用串并联电路的特点和电功率公式、欧姆定律以及评估方案的优缺点是解题的关键.

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