Question

2．在一次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：额定电压为2.5V的小灯泡、电源（电源两端电压不变但电压未知）、一个已知阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、3个单刀单掷开关、导线若干．

（1）小张同学设计的实验电路如图所示，请你写出本实验主要测量步骤及所测物理量．
①按图连接电路，闭合开关S₁、S₂，断开S₃，调节R₁使电流表示数I₁=$\frac{2.5V}{R}$，并记录I₁．
②断开开关S₂，闭合S₃、S₁，记录电流表示数I₂．
（2）本实验中，计算小灯泡额定功率的表达式P=2.5（I₂-I₁）．
（3）若将电流表换为一只电压表而其他器材不变，请你重新设计一个实验电路测量小灯泡的额定功率（将实验电路图画在下面的方框内）．

Answer 1

分析 （1）要测灯泡的额定功率，根据R=$\frac{U}{I}$可知应用电流表测出通过电阻的电流、电压表测出其两端的电压；实验中无电压表、有定值电阻，可根据并联电路的电压特点设计电路，即先用电流表测出通过定值电阻的电流使定值电阻两端的电压为2.5V，再用电流表测出并联电路的电流，进一步根据并联电路的电流特点求出通过灯泡的额定电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（2）若将电流表换为一只电压表，即该电路中没有电流，即需要计算出电流来，故需要将灯泡和定值电阻串联，即通过计算定值电阻的电流来获得灯泡的电流．

解答 解：（1）由电路图可知：闭合开关S₁、S₂时，灯泡与定值电阻并联，电流表测的是定值电阻R的电流，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光即两端的电压为2.5V，根据欧姆定律求出通过定值电阻的电流，即I₁=$\frac{2.5V}{R}$；然后断开开关S₂，闭合S₃、S₁，电流表测干路电流I₂，根据并联电路独立工作、互不影响可知通过R的电流不变；
（2）根据并联电路的电流特点求出灯泡的额定电流I_L=I₂-I₁，根据P=UI即可求出灯泡的额定功率P=UI_L=2.5V×（I₂-I₁）．
（3）如下图，即需将定值电阻和灯泡串联，调节滑片让灯泡正常 发光，而后闭合不同的开关，达到能测出总电压和灯泡电压的目的，而后通过串联电路中电压特点计算出定值电阻的电压，进而求出定值电阻的电流，即得出此时灯泡的电流：

故答案为：
（1）①按图连接电路，闭合开关S₁、S₂，断开S₃，调节R₁使电流表示数I₁=$\frac{2.5V}{R}$，并记录I₁；
②断开开关S₂，闭合S₃、S₁，记录电流表示数I₂．
（2）2.5（I₂-I₁）；
（3）电路图如上图所示．

点评 熟悉串并联电路中的电压、电流的规律，并能利用欧姆定律和电功率的公式进行计算是解决该题的关键．