Question

有一個標有“2.5V 0.3A”字樣的小燈泡，現要測定其在0到2.5V的范圍內不同電壓下的電功率，并作出其電功率P與其兩端電壓的平方U²的關系曲線。有下列器材可供選擇：
A．電壓表V（0～3V，內阻R_V＝3kΩ）                       B．電流表G(0～500μA，內阻R_G＝600Ω)
C．電阻箱R₁（0～99.99Ω）                                         D．滑動變阻器R₃（10Ω，2A）
E．滑動變阻器R₄（1kΩ，0.5A）                                 F．電源（直流4V，內阻不計）
（1）為保證實驗安全、準確、操作方便，應選用的器材除小燈泡、電源、電流表、開關、導線外，還需要___________________________________（均用器材對應的字母填寫）；
（2）根據你設計的實驗電路，完成下圖的連線；
（3）根據你的設計，若從儀表盤上讀得的數據分別為U、I_G，則小燈泡在該條件下的功率表達式________________________________。（均用字母表示）。表達式中除U、I_G以外，其他符號的意義是_____________________________________________。

Answer 1

（1）ACD；（2）實物連線圖如圖所示

（3）或（U—IR）。其中R_G、R_V分別是電流表G、電壓表V的內阻，R₁是把電阻箱作為分流電阻提供的有效電阻。

（1）由于電流表G量程較小，小于電燈泡的額定電流0.3A，需要對電流表進行擴容，故選擇C電阻箱與電流表并聯擴容，要多組數據從0～2.5V測量，故滑動變阻器必須分壓式接法接入電路中，為方便調節，選用D滑動變阻器較方便，電壓表為必選器材。
（2）電路設計時，滑動變阻器必須分壓式接法，電流表與電阻箱C并聯擴容，經過計算，擴容后的新電流表內阻約為1Ω，由于電壓表內阻遠大于電燈泡的電阻，而新電流表內阻與電燈泡內阻相當，故電流表擴容后的新電流表盡量采用外接法。
（3）若采用新電流表外接法，通過電燈泡的電壓為U，改裝后電流表測量值為I_A＝I_G＋，通過電燈泡的電流為I＝I_A－，故電阻消耗的電功率P＝UI＝或（U—IR）。