Question

11．某同學(xué)利用學(xué)過物理知識(shí)測(cè)量電阻R_x的阻值及探究額定功率為4W、額定電壓為4V的小燈泡消耗的功率與電壓的關(guān)系．現(xiàn)該同學(xué)準(zhǔn)備了如下的實(shí)驗(yàn)器材：
A．電壓表V₁（0～2V，內(nèi)阻2kΩ）；
B．電壓表V₂（0～15V，內(nèi)阻15kΩ）；
C．電流表A（0～1A，內(nèi)阻約1Ω）；
D．定值電阻R₁=2kΩ；
E．定值電阻R₂=16kΩ；
F．滑動(dòng)變阻器R（15Ω，2A）；
G．學(xué)生電源（直流6V，內(nèi)阻不計(jì)）；
H．開關(guān)、導(dǎo)線若干

①為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，電壓表應(yīng)選用A，定值電阻應(yīng)選用D（均用序號(hào)字母填寫）；
②在探究功率與電壓的關(guān)系時(shí)，要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，并且多次測(cè)量，請(qǐng)?jiān)趫D1內(nèi)畫出滿足要求的電路圖；
③根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖，寫出電壓表讀數(shù)U_V與小燈泡兩端電壓U的關(guān)系U=2U_v．若小燈泡的電功率為P，則關(guān)系圖線可能正確的是C．

Answer 1

分析 ①、明確電表的指針偏角應(yīng)在滿刻度的$\frac{1}{3}$以上才能讀數(shù)，若量程小時(shí)應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)大量程改裝．
②、明確電流從零調(diào)時(shí)，變阻器必須采用分壓式接法，當(dāng)滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用外接法；
③、寫出小燈泡功率P與電壓U的表達(dá)式，然后根據(jù)小燈泡電阻隨溫度的升高而增大即可求解．

解答 解：①：由于小燈泡的額定電壓為4V，若選15V量程，則量程太大，所以應(yīng)選A，但需要進(jìn)行改裝為U=4V量程的電壓表；
根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)規(guī)律應(yīng)有：U=${U}_{V1}^{\;}+\frac{{U}_{V1}^{\;}}{{R}_{V1}^{\;}}•R$，解得：R=2kΩ，所以定值電阻應(yīng)選D；
②：實(shí)驗(yàn)要求電壓從零調(diào)，說明變阻器應(yīng)采用分壓式接法；
由于待測(cè)電阻阻值為${R}_{x}^{\;}=\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}=4Ω$，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，所以電流表應(yīng)用外接法，電路圖如圖所示：

③：根據(jù)歐姆定律應(yīng)有：U=${U}_{V}^{\;}+{\frac{{U}_{V}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}}R}_{1}^{\;}$，
整理解得：${\;U}_{V}^{\;}$=$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}+{R}_{1}^{\;}}•U$=$\frac{1}{2}U$；
若小燈泡功率為P，則P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{{R}_{x}^{\;}}$=$\frac{1}{R}{•U}_{\;}^{2}$，由于小燈泡電阻隨溫度的升高而增大，所以P-${U}_{\;}^{2}$圖象中各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率應(yīng)逐漸減小，所以圖線C正確．
故答案為：①A，D；②如圖；③U=2U_v，C

點(diǎn)評(píng) 應(yīng)明確：①當(dāng)要求電流從零調(diào)時(shí)，變阻器應(yīng)采用分壓式接法；②當(dāng)滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用外接法，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用內(nèi)接法；③遇到圖象問題，首先根據(jù)物理規(guī)律寫出縱軸與橫軸物理量的表達(dá)式，然后討論即可．