Question

1．为了测定一个额定电压为10V、额定功率在10～15W之间的灯泡的额定功率，实验室提供了以下实验器材供其选用：
直流电源 （E=15V，r=0），直流电压表V₀（量程V_m=12V，R_V=8kΩ），直流电流表A₀（双量程0～0.6～3A，R_A=0），滑动变阻器R_p（规格0～15Ω、2.0A），开关，导线若干根

（1）图甲为学生在实验室里设计的四个实验电路图，其中合理、正确的实物连线图是A，在实际操作中，电流表应选用的量程是3A
（2）根据图乙绘出的I-U图线，估算该灯泡的额定功率是13.9W，该小灯泡消耗电功率P与外加电压U²的关系符合图丙中的C．

Answer 1

分析 本题（1）应根据灯泡的最大额定电流来选择电流表量程，根据灯泡电阻满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$可知电流表应用外接法，通过求出电路中需要的最大电阻可知变阻器可以采用限流式接法；题（2）根据I-U图象读出相应的电流即可求出灯泡的功率，根据P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{R}$可知P-${U}_{\;}^{2}$图象的斜率（图线的点与原点连线的斜率）应逐渐减小即可求解．

解答 解：（1）根据P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{R}$可求出小灯泡的最大电阻为${R}_{max}^{\;}$=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{P}$=$\frac{100}{10}Ω=10Ω$，显然满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，所以电流表应用外接法；
根据通过灯泡的最大额定电流${I}_{max}^{\;}$=$\frac{P}{U}$=$\frac{P}{U}$$\frac{15}{10}A$=1.5A可知电流表应选择的量程是3A；
根据闭合电路欧姆定律可求出电路中需要的最大电阻应为${R}_{max}^{\;}$=$\frac{E}{{\frac{1}{3}I}_{A}^{\;}}$=$\frac{15}{\frac{1}{3}×3}Ω$=15Ω，所以变阻器应采用限流式接法，即电路应是外接限流电路，故合理的连线图是A；
（2）在图乙的I-U图象中读出U=10V时对应的电流为I=1.39A，所以灯泡的额定功率为P=UI=13.9W；
根据P=$\frac{{U}_{\;}^{2}}{R}$=$\frac{1}{R}{•U}_{\;}^{2}$可知，图线上的点与原点连线的斜率倒数等于灯泡对应的电阻，由于灯泡的电阻随温度升高而增大，所以P-${U}_{\;}^{2}$图象各点与原点连线斜率应逐渐减小，所以P-${U}_{\;}^{2}$图象符合丙图中的C；
故答案为：（1）A，3；（2）13.9；C

点评 应明确：①应根据待测电阻的额定电流来选择电流表量程；②当涉及到“伏安法”时，若满足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$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当变阻器的全电阻满足电路需要的最大电阻要求时，变阻器应采用限流式接法．