Question

6．育才中学初3.1班学生在探究“测量小灯泡的电功率”的实验后，某兴趣小组欲进一步探究学习，现将其改变为“探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系”的实验，实验中提供了以下实验器材：
A．待测小灯泡L（额定电压3.0V，额定功率1.8W）  D．滑动变阻器R（0～10Ω）
B．电压表V（量程0～3V，量程0～15V）   E．定值电阻R₀₁=5Ω，R₀₂=10Ω，R₀₃=15Ω
C．电流表A（量程0～0.6A，0～3A）    F．蓄电池，电压U=12V．
G．开关一个S，导线若干．
（1）为了比较精确的测量小灯泡的功率，电流表的量程应选0-0.6A．
（2）为了保证电路安全，实验中定值电阻R₀应选R₀₃．（选填“R₀₁”或“R₀₂”或“R₀₃”）
（3）请用铅笔画线代替导线，将实验器材连接起来，使之成为准备使用的实物电路．
（4）测量结束后，应先断开开关，拆除电源两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
（5）该小组同学在处理实验数据时，将电功率P作为纵坐标，U²作为横坐标，采用描点法，在坐标纸上作出了P-U²图象，并画出该图象是一条直线（如图所示）．根据图象，请你指出：所作图象的错误之处是图线不应画成直线；作图时，坐标取值不恰当之处是横坐标的标度取值不恰当．
（6）假设实验中所给的实验器材电流表已损坏，老师又给了一只电压表，该组同学仍完成了实验．请你帮他们在虚线框内画出实验的电路图

Answer 1

分析 （1）根据I=$\frac{P}{U}$计算灯泡允许通过最大电流，探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系时，要改变电压，灯泡电流也随之改变，由些选择电流表量程；
（2）已知电源电压，由灯泡发光时根据欧姆定律和串联电路特点计算滑动变阻器和R₀连入电路的总阻值，从而根据滑动变阻器的规格选择合适规律的定值电阻；
（3）探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系实验，要将电路连成一个串联电路，电流表测灯泡电流，所以串联在电路中，滑动变阻器一上一下接入电路，由此连接电路；
（4）为了电路安全，拆除电路时应先拆除电源；
（5）根据图象可知坐标取值不恰当之处，图象作图时描点连线由此可知图象的错误；
（6）电流表已损坏，可以借助电压表与已知电阻R₀的组合，间接测得电路中电流．

解答 解：（1）由P=UI，灯泡正常发光电流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1.8W}{3V}$=0.6A，探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系时，要改变灯泡两端电压，但不应超过其额定电压，所以电流不会超过0.6A，比较精确的测量小灯泡的功率，电流表的量程应选0-0.6A量程；
（2）由图灯与滑动变阻器串联，当灯泡正常发光时滑动变阻器和R₀的总电压：U′=U-U_L=12V-3V=9V，
此时滑动变阻器和R₀连入阻值为R=$\frac{{U}_{变}}{I}$=$\frac{9V}{0.6A}$=15Ω，所以为了保证电路安全，实验中定值电阻R₀=15Ω，这样滑动变阻器可以任意滑动，故应选R₀₃；
（3）探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系实验，要将电路连成一个串联电路，电流表测灯泡电流使用0-0.6A量程，所以串联在电路中，滑动变阻器一上一下接入电路，如图所示：
；
（4）测量结束后，应先断开开关，拆除电源两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材；
（5）作图时，描点后应将这些点连成一条光滑曲线，不应画成直线；由此图象的横坐标标度取值过大，描出点过于密集，图象不能更好的反映P与U²的关系；
（6）没有了电流表，可以借助又给的一块电压表测已知阻值的定值电阻R₀两端电压，由欧姆定律计算其电流得到灯泡电流，故电路如图所示：
．
故答案为：
（1）0～0.6A；（2）R₀₃；（3）见上图；（4）电源；（5）图线不应画成直线；横坐标的标度取值不恰当．（6）见上图．

点评 本题考查探究小灯泡的电功率P与电压U之间的关系的实验，考查了器材选取、电路的拆接、图象分析及电路设计等，涉及的知识多，综合性强，有一定的难度．特殊方法测功率中注意只有电流表或电压表时巧妙的与已知阻值的定值电阻组合间接测电压或电流的运用是难点．