题目内容

11.某同学利用学过物理知识测量电阻Rx的阻值及探究额定功率为4W、额定电压为4V的小灯泡消耗的功率与电压的关系.现该同学准备了如下的实验器材:
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(0~1A,内阻约1Ω);
D.定值电阻R1=2kΩ;
E.定值电阻R2=16kΩ;
F.滑动变阻器R(15Ω,2A);
G.学生电源(直流6V,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,请在图1内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UV与小灯泡两端电压U的关系U=2Uv.若小灯泡的电功率为P,则关系图线可能正确的是C.

分析 ①、明确电表的指针偏角应在满刻度的$\frac{1}{3}$以上才能读数,若量程小时应进行扩大量程改装.
②、明确电流从零调时,变阻器必须采用分压式接法,当满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}>\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$时,电流表应用外接法;
③、写出小灯泡功率P与电压U的表达式,然后根据小灯泡电阻随温度的升高而增大即可求解.

解答 解:①:由于小灯泡的额定电压为4V,若选15V量程,则量程太大,所以应选A,但需要进行改装为U=4V量程的电压表;
根据欧姆定律和串并联规律应有:U=${U}_{V1}^{\;}+\frac{{U}_{V1}^{\;}}{{R}_{V1}^{\;}}•R$,解得:R=2kΩ,所以定值电阻应选D;
②:实验要求电压从零调,说明变阻器应采用分压式接法;
由于待测电阻阻值为${R}_{x}^{\;}=\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}=4Ω$,满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}>\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$,所以电流表应用外接法,电路图如图所示:

③:根据欧姆定律应有:U=${U}_{V}^{\;}+{\frac{{U}_{V}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}}R}_{1}^{\;}$,
整理解得:${\;U}_{V}^{\;}$=$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}+{R}_{1}^{\;}}•U$=$\frac{1}{2}U$;
若小灯泡功率为P,则P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{{R}_{x}^{\;}}$=$\frac{1}{R}{•U}_{\;}^{2}$,由于小灯泡电阻随温度的升高而增大,所以P-${U}_{\;}^{2}$图象中各点与原点连线的斜率应逐渐减小,所以图线C正确.
故答案为:①A,D;②如图;③U=2Uv,C

点评 应明确:①当要求电流从零调时,变阻器应采用分压式接法;②当满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}>\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$时,电流表应用外接法,满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}<\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$时,电流表应用内接法;③遇到图象问题,首先根据物理规律写出纵轴与横轴物理量的表达式,然后讨论即可.

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