Question

9．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究小燈泡L的伏安特性曲線，并想準確測其在額定電流下的功率，可供選用的器材如下：
小燈泡L，規(guī)格“額定電流為1.0A，額定功率約為6.0W”；
電流表A₁，量程3A，內(nèi)阻約為0.1Ω；   電流表A₂，量程0.5A，內(nèi)阻r₂=4Ω；
電壓表V，量程3V，內(nèi)阻r_V=1.0kΩ；標準電阻R₁，阻值4Ω；標準電阻R₂，阻值2.0kΩ；
滑動變阻器R，阻值范圍O～10Ω，；學(xué)生電源E，電動勢8V，內(nèi)阻不計；開關(guān)S及導(dǎo)線若干．

①甲同學(xué)設(shè)計了如圖1所示的電路來進行測量（電流表使用A₂），當通過L的電流為0.460A時，電壓表的示數(shù)如圖2所示，則電壓表的讀數(shù)為2.30 V，此時L的電阻為5.00Ω（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
②乙同學(xué)又設(shè)計了如圖3所示的電路來進行測量，電壓表指針指在最大刻度時，加在L上的電壓值是9V．
③學(xué)習(xí)小組認為要想更準確地描繪出L完整的伏安特性曲線，并測其在額定電流下的功率，需要重新設(shè)計電路．請你在乙同學(xué)的基礎(chǔ)上利用所供器材，在圖4所示的虛線框內(nèi)補畫出實驗電路圖，并在圖上標明所選器材代號．
④改進實驗后，若電流表滿偏時，電壓表的讀數(shù)為2.50V，則燈泡額定功率為5.5W（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）由圖示電壓表確定其分度值，讀出電壓表示數(shù)，然后由歐姆定律求出燈泡電阻阻值．
（2）由圖3所示電路圖可知，電壓表與電阻R₂串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特點求出電阻R₂的電壓，然后求出燈泡兩端電壓．
（3）電流表A₁量程太大，讀數(shù)誤差太大，為減小誤差，應(yīng)該選用電流表A₂，給電流表A₂并聯(lián)一個分流電阻，據(jù)此設(shè)計實驗電路．
（4）根據(jù)改裝后的電路結(jié)構(gòu)進行分析，根據(jù)串并聯(lián)電路的規(guī)律可明確燈泡兩端的電壓以及流過燈泡的電流，從而由P=UI求出對應(yīng)的功率．

解答 解：①電壓表量程為3V，則最小分度為0.1V，則電壓表的讀數(shù)為2.30V；
電流表表盤示數(shù)為I=0.46A，則電阻為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.30}{0.46}$Ω=5.00Ω；
②電壓表內(nèi)阻為1kΩ，標準電阻R₂阻值為2kΩ，電壓表最大示數(shù)為3V，由串聯(lián)電路特點可知，標準電阻R₂電壓為6V，燈泡兩端電壓為：3V+6V=9V．
③電流表A₁量程太大，讀數(shù)誤差太大，為減小誤差，應(yīng)該選用電流表A₂，給電流表A₂并聯(lián)一個分流電阻，實驗電路圖如圖1或圖2所示．
④電流表滿偏，示數(shù)為0.5A，此時燈泡中的電流I=2×0.5=1A；
電壓表讀數(shù)為2.5V，則燈泡兩端電壓為7.5V，
則燈泡的功率P=UI=7.5×1=7.50W；
故答案為：①2.30；5.00；②9；③如圖所示；④7.50

點評 根據(jù)串聯(lián)電阻具有分壓作用并聯(lián)電阻具有分流作用可知：當電壓表需要擴大量程時，應(yīng)將電壓表與相應(yīng)的電阻串聯(lián)；當電流表需要擴大量程時，應(yīng)將電流表與電阻并聯(lián)．