Question

请利用一个电压未知的电源，两个电键（S₁和S₂），一个电流表，一个标有“20Ω 2A”字样的滑动变阻器和若干导线，测定标有“0.2A”字样、额定电压不清的小灯泡的额定功率．某同学经过思考，设计并且连接好一个电路．实验中他发现当小灯正常发光时，滑动变阻器的滑片位置正好在中点上，最后，该同学得出小灯泡的额定功率．（滑动变阻器最大阻值记为R，小灯泡额定电流记为I）
（1）请在右边虚线框内画出该同学做实验的电路图．
（2）简要写出该同学的实验步骤．（用字母表示出所测出的物理量）
（3）写出小灯泡额额定功率表达式为P=______（用所测物理量字母表示和R、I表示）．

Answer 1

【答案】分析：从实验目的出发进行分析：要得到灯泡的额定功率，已知额定电流，需要知道额定电压；
要得到额定电压，首先需要知道电源电压；要得到电源电压，只要将滑动变阻器接入电路电阻最大（阻值已知），用电流表测出电路电流I₁即可；
要得到额定电压，已知电源电压，需要知道灯泡正常发光时滑动变阻器两端电压；而正常发光时滑动变阻器两端电压等于滑动变阻器滑片在中点时接入电路电阻与此时电路的电流乘积．
解答：答：
（1）实验电路图如下：

（2）实验步骤为：①将滑动变阻器滑片移到最大阻值R处，闭合开关S₁，记下电流表的示数I₁；
②断开开关S₁，闭合开关S₂，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为I₂=0.2A，此时滑动变阻器接入电路电阻为R．
（3）由上得电源电压为U=I₁R
当灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压为U′=I₂×R=I₂R
当灯泡正常发光时两端电压为U_额=U-U′=I₁R-I₂R
所以灯泡的额定功率为P_额=U_额I_额=（I₁R-I₂R）I₂=（I₁-I₂）I₂R．
点评：解答此类问题，找准突破口是关键．此题中有电流表，可以测量需要的任一位置、任何次数的电流；滑动变阻器已知最大阻值，隐含的意思是可以当做一个定值电阻；利用滑动变阻器和电流表得到电源电压，是解决此题的关键．