Question

5．某实验兴趣小组要测量一个用电器L的额定功率（额定电压为10V、额定功率在12W～15W之间），测量电路采用限流式接法，部分导线已经接好（如图所示）．实验室有下列器材可供选用：
直流电源：E₁（电动势为3V，内阻很小）
E₂（电动势为15V，内阻很小）
直流电流表：A₁（量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω）
A₂（量程0～3A，内阻约为0.1Ω）
直流电压表：V（量程为3V，内阻为3kΩ）
滑动变阻器：R₁（阻值范围0～20Ω）
R₂（阻值范围0～200Ω）
定值电阻：R₃=3kΩ、R₄=9kΩ、R₅=25kΩ
开关一个，导线若干
为使测量尽可能准确、方便，请回答：
（1）电源应选择E₂（填“E₁”或“E₂”）；
（2）电流表应选择A₂（填“A₁”或“A₂”）；
（3）滑动变阻器应选择R₁（填“R₁”或“R₂”）；
（4）由于电压表的量程不够大，要选用一个定值电阻进行改装．应选择的定值电阻为R₄，（填“R₃”、“R₄”或“R₅”）；
（5）在图中用笔画线代替导线连接好测量电路的剩余部分．

Answer 1

分析 （1）测量一个额定电压为10V的用电器L的额定功率，需要一个电动势至少为10V的电源．
（2）根据用电器正常工作时的电流确定电流表量程：既要在正常的工作范围内，又要使指针的偏转角尽量在$\frac{1}{4}$～$\frac{3}{4}$之间．
（3）根据串联电路特点及欧姆定律，求出用电器正常工作时，滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器的规格．
（4）电压表的量程是3V，要给它串联一个电阻，扩大它的量程至少是10V．要根据串联电路的分压原理，计算出扩大量程需要的电阻值，然后选择合适的定值电阻．

解答 解：（1）测量一个额定电压为10V的用电器L的额定功率，需要一个电动势至少为10V的电源．所以不能选择电动势为3V 的电源，要选择电动势为15V的电源E₂．
（2）用电器正常工作时的电流：确定电流表量程I=$\frac{P}{U}$=$\frac{15}{10}$A=1.5A，所以要选择量程大于1.5A的电流表A₂；
（3）用电器正常工作时的电阻值约：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{1{0}^{2}}{15}$≈7Ω，此时最大电阻为20Ω的滑动变阻器便能够起到很好的分压效果，最大电阻是200Ω的滑动变阻器使用起来的效率较低，调节的效果也不太好．所以要选择最大电阻值为20Ω的滑动变阻器R₁．
（4）电压表的量程是3V，要扩大它的量程至少到10V，此时分压电阻上的电压为：U_分=10V-3V=7V
根据串联电路的分压原理：$\frac{U}{{U}_{分}}$=$\frac{{R}_{V}}{{R}_{串}}$，所以：R_串=$\frac{{U}_{串}}{U}$•R_V=$\frac{7}{3}$•3kΩ=7kΩ
所以需要给电压表串联一个至少7kΩ的定值电阻（太大也不好，定值电阻太大则量程太大，读数的效果不好．）所以9kΩ的定值电阻很合适．
（5）由于用电器的电阻值约7Ω，属于小电阻，所以电流表要使用外接法．根据以上的选择，即可得出对应的电路结构连接实物图如图所示．
故答案为：（1）E₂；（2）A₂；（3）R₁； （4）R₄：（5）如图所示

点评 本题考查了电流表、电源和滑动变阻器的选择、连接电路图等问题，是实验的常考问题；连接电路图时，注意电表量程的选择，注意电压表正负接线柱不要接反接．