Question

有一个标有“2.5V 0.3A”字样的小灯泡，现要测定其在0到2.5V的范围内不同电压下的电功率，并作出其电功率P与其两端电压的平方U²的关系曲线。有下列器材可供选择：

A．电压表V（0～3V，内阻R_V＝3kΩ）                       B．电流表G(0～500μA，内阻R_G＝600Ω)

C．电阻箱R₁（0～99.99Ω）                                         D．滑动变阻器R₃（10Ω，2A）

E．滑动变阻器R₄（1kΩ，0.5A）                                 F．电源（直流4V，内阻不计）

（1）为保证实验安全、准确、操作方便，应选用的器材除小灯泡、电源、电流表、开关、导线外，还需要___________________________________（均用器材对应的字母填写）；

（2）根据你设计的实验电路，完成下图的连线；

（3）根据你的设计，若从仪表盘上读得的数据分别为U、I_G，则小灯泡在该条件下的功率表达式________________________________。（均用字母表示）。表达式中除U、I_G以外，其他符号的意义是_____________________________________________。

Answer 1

（1）ACD；

（2）实物连线图如图所示

（3）U(I_G＋－)；其中R_G、R_V分别是电流表G、电压表V的内阻，R₁是把电阻箱作为分流电阻提供的有效电阻。

解析:

（1）由于电流表G量程较小，小于电灯泡的额定电流0.3A，需要对电流表进行扩容，故选择C电阻箱与电流表并联扩容，要多组数据从0～2.5V测量，故滑动变阻器必须分压式接法接入电路中，为方便调节，选用D滑动变阻器较方便，电压表为必选器材。

（2）电路设计时，滑动变阻器必须分压式接法，电流表与电阻箱C并联扩容，经过计算，扩容后的新电流表内阻约为1Ω，由于电压表内阻远大于电灯泡的电阻，而新电流表内阻与电灯泡内阻相当，故电流表扩容后的新电流表尽量采用外接法。

（3）若采用新电流表外接法，通过电灯泡的电压为U，改装后电流表测量值为I_A＝I_G＋，通过电灯泡的电流为I＝I_A－，故电阻消耗的电功率P＝UI＝U (I_A－)＝U(I_G＋－)。