Question

9．某學習小組的同學擬探究小燈泡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，規格“額定電流為1.0A，額定功率約為6.0W”；
電流表A₁，量程3A，內阻約為0.1Ω；   電流表A₂，量程0.5A，內阻r₂=4Ω；
電壓表V，量程3V，內阻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，；學生電源E，電動勢8V，內阻不計；開關S及導線若干．

①甲同學設計了如圖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，電壓表的示數如圖2所示，則電壓表的讀數為2.30 V，此時L的電阻為5.00Ω（計算結果保留兩位小數）．
②乙同學又設計了如圖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學習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，需要重新設計電路．請你在乙同學的基礎上利用所供器材，在圖4所示的虛線框內補畫出實驗電路圖，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，電壓表的讀數為2.50V，則燈泡額定功率為5.5W（保留三位有效數字）

Answer 1

分析 （1）由圖示電壓表確定其分度值，讀出電壓表示數，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，根據串聯電路特點求出電阻R₂的電壓，然后求出燈泡兩端電壓．
（3）電流表A₁量程太大，讀數誤差太大，為減小誤差，應該選用電流表A₂，給電流表A₂并聯一個分流電阻，據此設計實驗電路．
（4）根據改裝后的電路結構進行分析，根據串并聯電路的規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，則電壓表的讀數為2.30V；
電流表表盤示數為I=0.46A，則電阻為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.30}{0.46}$Ω=5.00Ω；
②電壓表內阻為1kΩ，標準電阻R₂阻值為2kΩ，電壓表最大示數為3V，由串聯電路特點可知，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，讀數誤差太大，為減小誤差，應該選用電流表A₂，給電流表A₂并聯一個分流電阻，實驗電路圖如圖1或圖2所示．
④電流表滿偏，示數為0.5A，此時燈泡中的電流I=2×0.5=1A；
電壓表讀數為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 根據串聯電阻具有分壓作用并聯電阻具有分流作用可知：當電壓表需要擴大量程時，應將電壓表與相應的電阻串聯；當電流表需要擴大量程時，應將電流表與電阻并聯．