Question

用下圖所示的器材，研究鎢絲燈泡消耗的功率P與通過它的電流I之間的關系．已知燈泡的規(guī)格為“12V 5W”，電源電壓為15V，滑動變阻器的規(guī)格為“20Ω 2A”，測量燈泡消耗的功率需要用到電流表、電壓表．請在下面的方框中畫出電路圖，并將圖中的器材連成實驗電路．要求：實驗中燈泡兩端的電壓變化范圍為0～12V．

Answer 1

解：由題意知，要使燈泡兩端的電壓變化范圍為0～12V，應該將滑動變阻器的一部分與燈泡串聯(lián)，另一部分與燈泡并聯(lián)，這種接法屬于分壓式接法．電流表和燈泡串聯(lián)，電壓表和燈泡并聯(lián)．答案如圖：

由于小燈泡的額定電壓是12V，所以電壓表的量程應選擇0～15V；由I=得，小燈泡的額定電流約為0.4A，所以電流表的量程應選擇0～0.6A．連接時，電流表要和燈泡串聯(lián)，電壓表要和燈泡并聯(lián)．兩表都必須讓電流從正接線柱進，從負接線柱出．實物圖如下：

分析：要使燈泡兩端的電壓變化范圍為0～12V，將滑動變阻器與燈泡串聯(lián)或并聯(lián)都不行．因為如果串聯(lián)，雖然可以通過移動滑片，讓燈泡兩端電壓為12V，但不能讓燈泡兩端電壓為0V；如果并聯(lián)，則燈泡兩端電壓等于電源電壓，不過由這種接法我們可以想到一種情況：當滑動變阻器阻值為0時，此時燈泡就會被短路，燈泡兩端電壓就為0．所以我們由此可以想到一種接法，既可以滿足燈泡兩端電壓最小為0，又可以使燈泡兩端電壓最大為12V，這種接法就是將滑動變阻器的一部分與燈泡串聯(lián)，另一部分與燈泡并聯(lián)．這樣就可以滿足題中的要求了．
點評：本題有一定的難度，因為要滿足題中的要求，滑動變阻器的接法不能用我們熟悉的限流式接法，而要采用分壓式接法．一般實驗要求待測用電器電流及其兩端電壓可以由0開始連續(xù)變化時，就必須采用分壓式接法．