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．

练习册系列答案
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