Question

5．為了探究額定電壓為6V，額定功率為9W的小燈泡消耗的功率與電壓的關系，提供了如下的實驗器材：
A．電壓表V₁（0～2V，內阻2kΩ）
B．電壓表V₂（0～15V，內阻15kΩ）
C．電流表A（0～2A，內阻約1Ω）
D．定值電阻R₁=4kΩ
E．定值電阻R₂=16kΩ
F．滑動變阻器R（0-15Ω，2A）
G．學生電源（直流9V，內阻不計）
H．開關、導線若干

（1）為了減小實驗誤差，電壓表應選用A，定值電阻應選用D（均用序號字母填寫）；
（2）在探究功率與電壓的關系時，要求電壓從零開始調節(jié)，并且多次測量，在圖1中畫出滿足要求的電路圖；
（3）根據設計的電路圖，寫出電壓表讀數U_V與小燈泡兩端電壓U的關系3U_V．若小燈泡的電功率為P，則關系圖線可能正確的是D．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡額定電壓選擇電壓表．
（2）根據題目要求確定滑動變阻器與電流表接法，然后作出實驗電路圖．
（3）根據電路圖，應用串聯電路特點分析答題，根據電功率公式分析答題．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是4V，兩電壓表量程分別是：2V、15V，2V量程太小，15V量程太大，為準確測量電壓，應該用電壓表V₁（0～2V，內阻2kΩ）與定值電阻R₁=4kΩ串聯組成新電壓表測電壓，故電壓表選A，定值電阻選D．
（2）電壓從零開始調節(jié)，滑動變阻器應采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時的電阻R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{4}^{2}}{4}$=4Ω，電壓表內阻為4kΩ，電流表內阻為1Ω，電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應采用外接法，實驗電路圖如圖所示．

（3）電壓內阻與定值電阻阻值相等，流過它們的電流相等，則電壓表兩端電壓是定值電阻兩端電壓的一半，
電壓表讀數U_V與小燈泡兩端電壓U的關系為：U=3U_V；
燈泡實際功率P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，由于燈泡電阻受溫度影響，隨溫度升高而增大，燈泡兩端電壓越大，燈泡實際功率約為，燈絲溫度越高，燈泡電阻隨燈泡兩端電壓增大而增大，則$\frac{1}{R}$隨電壓增大而減小，則燈泡實際功率P與U²的函數圖象斜率隨U²增大而減小，故D正確，故選D．
故答案為：（1）A；D；（2）電路圖如圖所示；（3）U=3U_V；D．

點評 本題考查燈泡的伏安特性曲線的描給方法；正確設計實驗電路的關鍵是：確定滑動變阻器與電流表的接法，當電壓與電流從零開始變化時，滑動變阻器應采用分壓接法．