Question

5．某實驗興趣小組要測量一個用電器L的額定功率（額定電壓為10V、額定功率在12W～15W之間），測量電路采用限流式接法，部分導線已經接好（如圖所示）．實驗室有下列器材可供選用：
直流電源：E₁（電動勢為3V，內阻很小）
E₂（電動勢為15V，內阻很�。�
直流電流表：A₁（量程0～0.6A，內阻約為0.5Ω）
A₂（量程0～3A，內阻約為0.1Ω）
直流電壓表：V（量程為3V，內阻為3kΩ）
滑動變阻器：R₁（阻值范圍0～20Ω）
R₂（阻值范圍0～200Ω）
定值電阻：R₃=3kΩ、R₄=9kΩ、R₅=25kΩ
開關一個，導線若干
為使測量盡可能準確、方便，請回答：
（1）電源應選擇E₂（填“E₁”或“E₂”）；
（2）電流表應選擇A₂（填“A₁”或“A₂”）；
（3）滑動變阻器應選擇R₁（填“R₁”或“R₂”）；
（4）由于電壓表的量程不夠大，要選用一個定值電阻進行改裝．應選擇的定值電阻為R₄，（填“R₃”、“R₄”或“R₅”）；
（5）在圖中用筆畫線代替導線連接好測量電路的剩余部分．

Answer 1

分析 （1）測量一個額定電壓為10V的用電器L的額定功率，需要一個電動勢至少為10V的電源．
（2）根據用電器正常工作時的電流確定電流表量程：既要在正常的工作范圍內，又要使指針的偏轉角盡量在$\frac{1}{4}$～$\frac{3}{4}$之間．
（3）根據串聯電路特點及歐姆定律，求出用電器正常工作時，滑動變阻器接入電路的阻值，根據該阻值選擇滑動變阻器的規格．
（4）電壓表的量程是3V，要給它串聯一個電阻，擴大它的量程至少是10V．要根據串聯電路的分壓原理，計算出擴大量程需要的電阻值，然后選擇合適的定值電阻．

解答 解：（1）測量一個額定電壓為10V的用電器L的額定功率，需要一個電動勢至少為10V的電源．所以不能選擇電動勢為3V 的電源，要選擇電動勢為15V的電源E₂．
（2）用電器正常工作時的電流：確定電流表量程I=$\frac{P}{U}$=$\frac{15}{10}$A=1.5A，所以要選擇量程大于1.5A的電流表A₂；
（3）用電器正常工作時的電阻值約：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{1{0}^{2}}{15}$≈7Ω，此時最大電阻為20Ω的滑動變阻器便能夠起到很好的分壓效果，最大電阻是200Ω的滑動變阻器使用起來的效率較低，調節的效果也不太好．所以要選擇最大電阻值為20Ω的滑動變阻器R₁．
（4）電壓表的量程是3V，要擴大它的量程至少到10V，此時分壓電阻上的電壓為：U_分=10V-3V=7V
根據串聯電路的分壓原理：$\frac{U}{{U}_{分}}$=$\frac{{R}_{V}}{{R}_{串}}$，所以：R_串=$\frac{{U}_{串}}{U}$•R_V=$\frac{7}{3}$•3kΩ=7kΩ
所以需要給電壓表串聯一個至少7kΩ的定值電阻（太大也不好，定值電阻太大則量程太大，讀數的效果不好．）所以9kΩ的定值電阻很合適．
（5）由于用電器的電阻值約7Ω，屬于小電阻，所以電流表要使用外接法．根據以上的選擇，即可得出對應的電路結構連接實物圖如圖所示．
故答案為：（1）E₂；（2）A₂；（3）R₁； （4）R₄：（5）如圖所示

點評 本題考查了電流表、電源和滑動變阻器的選擇、連接電路圖等問題，是實驗的�？紗栴}；連接電路圖時，注意電表量程的選擇，注意電壓表正負接線柱不要接反接．