Question

金屬的電阻隨溫度升高而增大，小燈泡發(fā)光時，燈絲溫度高，燈絲電阻比不發(fā)光時大得多，在課外興趣小組活動時，某校甲乙同學用實驗研究小燈泡的電功率跟所加電壓的關系，實驗室提供給他們的器材是：額定電壓6V，額定功率為3W的小燈泡1只，電壓表1只，電流表1只，變阻器1只，電源（大于6V）1個，開關1個，導線若干．
（1）甲同學根據(jù)P=UI設計了如圖a所示的電路進行研究．乙同學先由計算式R=U_額²/P_額算出小燈泡的電阻R，再根據(jù)P=U²/R設計了如圖b所示的電路進行研究，你認為哪位同學設計的電路是合理的______（填“甲”或“乙”或“甲和乙”）

（2）若甲乙同學按照各自所設計的電路進行實驗，甲同學先測出若干組電壓和電流值，再由P=UI求得對應的功率，并做出功率歲電壓變化的圖線；乙同學先測若干電壓值，再由P=U²/R求得對應的功率，也做出功率隨電壓變化的圖線，則下圖中哪個圖線反映了他們的實驗結果______．（圖中標有a的為甲同學所得的圖線，圖上標有b的為乙同學所得圖線）

Answer 1

【答案】分析：（1）乙測量時是認為燈泡的電阻保持不變，而我們知道燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；而甲測量時是直接測量燈泡兩端的電壓和通過燈泡的電流，這樣測出的電功率不受燈泡電阻變化的影響．
（2）根據(jù)公式P_甲=和P_乙=知電功率P是關于電壓U的二次函數(shù)，故圖象是經(jīng)過原點的拋物線，再根據(jù)金屬的電阻隨溫度升高而增大分析電功率的變化．
解答：解：（1）乙同學忽視了燈泡電阻的變化，甲同學設計的電路避免了由于燈泡電阻的變化所受到的影響；所以甲同學設計的電路更合理．
甲同學設計的電路，電壓表測量燈泡兩端的電壓，電流表測量燈泡中的電流，根據(jù)P_甲=UI=可知，小燈泡的功率P_甲隨燈泡兩端的電壓及燈泡的電阻的改變而改變，符合題意，甲電路是合理的．
乙同學先由計算式R=算出小燈泡的電阻R===12Ω，再根據(jù)P=設計了如圖b所示的電路進行研究，認為燈泡的電阻保持不變，與題目中說的“金屬的電阻隨溫度升高而增大”不符，所以乙電路設計不合理．
故答案為：甲．
（2）根據(jù)公式P_甲=和P_乙=知電功率P是關于電壓U的二次函數(shù)，故圖象是經(jīng)過原點的拋物線，所以選項C、D是錯誤的．
由P_甲=和P_乙=及“金屬的電阻隨溫度升高而增大”可知：
①當小燈泡兩端的電壓小于額定電壓6V時，小燈泡在小于額定電壓下工作，它的電阻小于12Ω，則P_甲＞P_乙，所以此時拋物線a應在拋物線b上方．
②當小燈泡兩端的電壓等于額定電壓6V時，小燈泡在額定電壓下工作，它的電阻等于12Ω，則P_甲=P_乙，所以此時拋物線a與拋物線b相交．
③當小燈泡兩端的電壓大于額定電壓6V時，小燈泡在大于額定電壓下工作，它的電阻大于12Ω，則P_甲＜P_乙，所以此時拋物線a應在拋物線b下方．
故選B．
點評：本題考查測量電功率的實驗過程中需要注意的事項；難點是實驗電路的設計．